[发明专利]一种核壳型氮化碳材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳型氮化碳材料及其制备方法。将三聚氰酸和三聚氰胺的二甲基亚砜溶液混合震荡获得乳状三聚氰酸‑三聚氰胺超分子溶液，进一步通过连续溶剂的处理方法，设计并制备不同形貌的三聚氰酸‑三聚氰胺超分子。再将干燥后的超分子前躯体在氮气保护情况下进行煅烧，获得不同结构和性能的氮化碳异质结。本发明通过超分子预组装、连续溶剂处理和高温煅烧的方法共同制备了核壳型氮化碳异质结，应用本发明制备的核壳型氮化碳异质结作为光催化材料具有较好的应用前景和经济效益。

技术领域

本发明涉及一种氮化碳材料及其制备方法，特别是一种核壳型氮化碳及其制备方法，属于纳米材料制备领域。

背景技术

超分子自组装是由小分子通过非共价键作用结合的分子复合物，典型的非共价键如静电作用、范德华力、氢键等等，目前已被广泛应用于有机晶体、聚合物和其他化合物的设计领域。其中，三聚氰胺拥有多重氢键位点，成为构成超分子聚合物的重要单体，尤其是和三聚氰酸的组装，获得的三聚氰酸-三聚氰胺（CM）超分子又可以根据反应条件的不同形成不同结构。

传统的g-C₃N₄主要是通过三聚氰胺、双氰胺、尿素等单体的煅烧制得，但这类g-C₃N₄存在比表面积较小、在溶液中难以分散等缺陷。众所周知，催化剂的尺寸、形貌、分散能力、光吸收和电荷分离等因素都会影响其光催化活性，而传统方法制备的g-C₃N₄往往难以具备以上优点。为了调控g-C₃N₄的形貌，从而提高其光催化活性，模板法最早被引入到g-C₃N₄的制备当中。模板法又包括硬模板和软模版法，制得的g-C₃N₄通常为多孔材料、结构有序，光催化性能明显提高，但其制备过程复杂，强酸的使用与绿色化学的概念相悖，不适合生产实践。

最近，Antonietti和Thomas组都报道了CM作为前驱体，应用于氮化碳的制备。在热力学和动力学的共同作用下，溶剂在超分子自组装过程中扮演了重要角色，决定了CM前驱体的形状、尺寸、作用力强度等特性[Shalom M, Inal S, Fettkenhauer C, Neher D,Antonietti M. Improving carbon nitride photocatalysis by supramolecularpreorganization of monomers. Journal of the American Chemical Society, 2013,135:7118~7121; Liao Y, Zhu S, Ma J, Sun Z, Yin C, Zhu C, Lou X, Zhang D.Tailoring the morphology of g-C₃N₄ by self-assembly towards highphotocatalytic performance[J]. ChemCatChem, 2014, 6:3419~3425]。但其前驱体在高温煅烧的过程中却发生了不同程度的塌陷，使得原有结构难以保持，制得的氮化碳仍为无序结构，影响了光催化性能的提高。因此，核壳型高度有序的氮化碳异质结还没有被报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核壳型氮化碳异质结及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种氮化碳材料，所述核壳型氮化碳为异质结构。

上述核壳型氮化碳异质结采用以下步骤制备而得：

第一步，将三聚氰酸的二甲基亚砜溶液和三聚氰胺的二甲基亚砜溶液混合，形成白色乳状液体；

第二步，将第一步所得的白色乳状液体振荡，离心，去除溶剂二甲基亚砜后得到白色沉淀；

第三步，向白色沉淀中加入极性溶剂，继续振荡，再离心去除多余溶剂；