本发明专利技术新能源材料制备技术领域，涉及一种介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料及其制备方法。该方法包括以下步骤：（1）依次将氮掺杂石墨烯、介孔状氮化碳和表面活性剂加入到去离子水中，加热搅拌混合均匀，得到三者的混合溶液；（2）对本步骤（1）得到的混合溶液进行超声处理，然后用蒸馏水反复洗涤，干燥，即得到介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料。本发明专利技术制备的介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料的产率高，应用范围广，可用在燃料电池、光降解反应器等领域。本发明专利技术方法具有工艺简单、成本低廉、产率高、周期短、环境友好等优点，可以适用于工业化大规模生产介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术新能源材料制备
，涉及一种介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯因其独特的电化学性和机械性能使得其在很多领域拥有广泛的应用，包括生物分子传感器、晶体管、太阳能电池、光电催化剂等领域，特别是在光催化反应产氢中的应用越来越受到关注。氢气是应对未来能源危机的首选清洁能源，目前发现生产氢气的最好方式就是在催化剂和太阳能的激发下通过可循环水裂解获得氢气。这种方式对于日益严峻的环境问题和能源危机具有重要意义，然而催化剂的选择也成为 制约水裂解产氢的一项巨大的挑战。为了加强催化剂的光催化活性，抑制或者延迟电子和空穴的复合非常重要。石墨烯能够与一些光催化材料的能级和密集界面混合效应很好的相容，使得电荷快速分离从而减缓电子转移过程中电子和空穴的复合，使得它在光催化材料中的成为优良的电子传递载体(Physical Chemistry, 2011, 5, 11466-11473)。此外,石墨烯也可以作为一种高效的接收器加强光生电子的传递从而提高催化活性。众所周知，对石墨烯等碳基材料掺杂外来原子可以修饰其内部结构，使其表面负载自由电荷的密度增大，进而导电导热等性能得到增强。有研究表明，在葡萄糖生物传感器中，经过氮原子掺杂的石墨烯(N-graphene)呈现出优越电子转移性能、高度的敏感性和选择性(文献ACS Nano, 2010,4, 1790-1798)。无疑，氮掺杂石墨烯作为电子转移通道也可以降低光生电子-空穴对的复合，强化光催化材料的光转化效率。另一方面，类石墨相氮化碳(g_C3N4)是一种聚合状的半导体,具有类石墨结构,是碳氮化合物中最稳定的同素异形体。近些年，有关氮化碳物理和化学性质的研究引起了人们的广泛关注。g_C3N4已经被证明能够对一系列反应(比如光催化产氢、氧还原反应等)表现出优异的催化活性(文献 Energy&Environmental Science, 2012, 5,6717-6731)。g-C3N4具有以上优异性能的原因可归功于其具有较高的氮元素含量以及大量的活性反应点，而且g-C3N4因碳和氮原子间强大的共价键使其在ρΗ=0 14的溶液中经受光照射仍然能够稳定存在。通常条件下，材料的孔隙率也是影响其物理化学性能的重要因素。介孔状石墨型氮化碳(Hipg-C3N4)同时结合了氮化碳和介孔材料所拥有的优势，预期具有诱人的应用前景。然而，纯半导体g_C3N4的催化活性受到低的量子效率的制约。为了提高g_C3N4的催化效率，可以在半导体间构建异质结从而提高光生电子-空穴对的分离效率。鉴于氮掺杂石墨烯和介孔状石墨型氮化碳的优异性能，可在同一环境中将两种材料复合在一起，形成一种非金属的无机复合材料，预期具有比两者单独更加优异的物理和化学性能，进一步扩宽其应用领域。但是，到目前为止，介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料及其制备方法还未见公开报道。由于文献中关于介孔状石墨型氮化碳和氮掺杂石墨烯的制备方法已有报道，因此本专利技术所用介孔状石墨型氮化碳和氮掺杂石墨烯的制备采用文献中已有的方法(文献 Journal of Materials Chemistry，2011，21，13032-13039和Langmuir, 2010, 26, 16096-16102)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技 术方案一种介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤(I)依次将氮掺杂石墨烯(N-graphene)、介孔状氮化碳(mpg-C3N4)和表面活性剂加入到去离子水中，加热搅拌混合均匀，得到三者的混合溶液；(2)对本步骤(I)得到的混合溶液进行超声处理，然后用蒸馏水反复洗涤，干燥，即得 mpg-C3N4/N-graphene 复合材料。所述的步骤(I)中N-graphene、mpg-C3N4和表面活性剂的质量比为(10 2):(990 2) :1所述的步骤(I)中混合溶液的浓度为10_50g/L。所述的表面活性剂为十_■烧基苯横酸纳、十_■烧基横酸纳、十_■烧基硫酸纳或十八烧基硫酸纳。所述的步骤(I)中加热搅拌时温度为35 70°C，搅拌速度为100 300r/min，搅拌时间为IOmin 2h。所述的步骤(2)中的超声处理的功率为30 120W，超声处理时间为5 24h.所述的步骤(2)中干燥方法为冷冻干燥或60°C烘干，干燥时间为12 48h。所述的步骤(2)中的洗涤溶液为蒸馏水和/或5%盐酸溶液。一种根据上述方法制得的介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料，该复合材料中氮化碳均匀无序地负载在氮掺杂石墨烯上，其中介孔状石墨型氮化碳的孔径为10-20nm,比表面积为50-300m2/g,氮掺杂石墨烯为4-8层,层厚为1. 0-1. 6nm。本专利技术具有以下有益效果本专利技术制备的mpg-C3N4/N_graphene复合材料的产率在99%以上,应用范围广,可用在燃料电池、光降解反应器等方面。本专利技术方法具有工艺简单、成本低廉、产率高、周期短、环境友好等优点，可以适用于工业化大规模生产介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料。附图说明图1为本专利技术实施例所制备的介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料的TEM形貌图，其(a )为在标尺I OOnm下的TEM形貌图；(b )为在标尺200nm下的TEM形貌图。图2为本专利技术实施例所制备的介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料的TEM形貌图，其中图2中(a)为标尺500nm下的TEM形貌图；(b)为在标尺200nm下的TEM形貌图。具体实施例方式下面结合具体实例来进一步详细说明本专利技术。实施例1本实施方式中mpg-C3N4/N_graphene复合材料的制备方法是由下述步骤完成1、将IOmg N-graphene>490mg mpg-C3N4和5mg十二烧基苯磺酸钠混合,三者的质量比为2:98:1，加入25mL去离子水，在35°C下加热搅拌均匀，搅拌速度为200r/min，搅拌时间为30min,形成20. 2g/L的混合溶液。2、在90W功率下对混合溶液超声处理10h，然后用5%盐酸和蒸馏水反复洗涤，冷冻干燥24h,即得到mpg-C3N4/N-graphene复合材料。本专利技术制备的mpg-C3N4/N_graphene复合材料的产率在99%以上。图1为实施例1所制备的介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料的TEM形貌图，其(a)为在标尺IOOnm下的TEM形貌图；(b)为在标尺200nm下的TEM形貌图。可以从图中得知复合材料基本保留了原有材料的形貌，即N-graphene的二维空间结构和Hipg-C3N4的介孔颗粒形态。Hipg-C3N4均勻负载在N-graphene的表面使得它们在充分发挥各自优势的同时，产生的协同效应也可使所合成材料具有更加优异的物理化学性能。在该实施例制备的介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料中，介孔状石墨型氮化碳的孔径为12_15nm,比表面积为80-200m2/g,氮掺杂石墨烯为4-6层,层厚为1. 0-1. 3nm。实施例2本实施方式与实施例1不同的是本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：?（1）依次将氮掺杂石墨烯、介孔状氮化碳和表面活性剂加入到去离子水中，加热搅拌混合均匀，得到三者的混合溶液；?（2）对本步骤（1）得到的混合溶液进行超声处理，然后用洗涤溶液反复洗涤，干燥，即得到介孔状石墨型氮化碳/氮掺杂石墨烯复合材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯雷雨，杨兰琴，陈银广，罗景阳，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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