[发明专利]一种高可见光活性多孔氮化碳材料的快速制备方法

说明书

本发明涉及材料制备与光催化领域，具体为一种高可见光活性多孔氮化碳材料的快速制备方法，解决现有制备方法成本高、生产周期较长等问题。选用含有碳氮的化合物进行缩聚得到的类石墨氮化碳g‑C₃N₄材料为起始原料，通过对其进行快速的加热和短时间保温，在快速冷却后得到更高可见光活性的多孔石墨态氮化碳；其中，类石墨氮化碳材料置于高温容器中，快速加热到300℃～1000℃，由室温到高温过程应在10min以内完成，在高温保温时间为60min以内，从高温下降至室温乃至更低温度的快速冷却时间为20min以内。本发明提供的制备方法操作简便，工艺简单，生产效率高，极适用于大规模制备，在光催化领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料制备与光催化领域，具体为一种高可见光活性多孔氮化碳材料的快速制备方法。

背景技术

利用较低的成本得到具有高可见光活性的光催化材料是推动光催化走向实用的关键，也是当前光催化研究领域的重点内容。作为一种仅含有C、N以及少量的H、O的聚合物半导体，类石墨氮化碳(g-C₃N₄)自其光催化活性被发现一来便受到了人们的广泛关注。[文献1：Wang,X.；Maeda,K.；Thomas,A.；Takanabe,K.；Xin,G.；Carlssoon,J.M.；Domen,K.；Antonietti,M.,A metal-free polymeric photocatalyst for hydrogen productionfrom water under visible light,Nature Materials,2009,8,76.]。该材料具有非常合适的能带结构和优异的稳定性，且因其元素组成天然地就具有化学组成和能带结构易调控等特点，如何提高其光催化活性，尤其是可见光下的活性使目前光催化研究领域的热点。

提高活性的方法之一是提高材料与反应物的接触面，也即提高其比表面积。对g-C₃N₄这种层状材料而言，提高的方法有两种，一个是制备g-C₃N₄纳米片，另一则是制备多孔的g-C₃N₄。文献中报道的制备其纳米片的方法有逐层氧化法和超声剥离法(文献2：Niu,P.；Zhang,L.；Liu,G.；Cheng,H-M.,Graphene-Like Carbon Nitride Nanosheets forImproved Photocatalytic Activities,Advanced Functional Materials,2012,22,4763.文献3：Yang,S.；Gong,Y.；Zhang,J.；Zhan,L.；Ma,L.；Fang,Z.；Vajtai,R.；Wang,X.；Ajayan,P.M.,Exfoliated Graphitic Carbon Nitride Nanosheets as EfficientCatalysts for Hydrogen Evolution Under Visible Light,Advanced Materials,2013,25,2452)；制备多孔g-C₃N₄则需要采用模板法(文献4:Wang,X.；Maeda,K.；Chen,X.；Takanabe,K.；Domen,K.；Hou,Y.；Fu,X.；Antonietti,M.,Polymer Semiconductors forArtificial Photosynthesis:Hydrogen Evolution by Mesoporous Graphitic CarbonNitride with Visible Light,Journal of the American Chemical Society,2009,131,1680)。上述方法无一例外都需要较长的制备流程或较高的成本，因此亟需发展快速、低成本地制备高比表面积g-C₃N₄方法。