[发明专利]一种石墨相碳化氮纳米片/ZiF-67片层结构复合材料

说明书

本发明公开了一种石墨相碳化氮纳米片/ZiF‑67片层结构复合材料及其制备方法和应用，其是以剥离的石墨相碳化氮纳米片和金属及有机配体为原料，在常温下直接反应制得所述具有片层结构的石墨相碳化氮/ZiF‑67复合材料。本发明工艺简单、成本低廉，且与单纯二维碳化氮纳米材料相比，本发明所得复合材料中ZiF‑67片均匀附着在碳化氮纳米片上，可有效提高材料的比表面积和对催化底物的筛分能力，使其具有更加高效的光催化性能，而可用于光催化还原二氧化碳。

技术领域

本发明属于催化材料制备领域，具体涉及到一种石墨相碳化氮纳米片/ZiF-67片层结构复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

利用太阳能解决全球性的能源和环境问题是当今科研领域的一个重要研究方向，半导体光催化纳米材料可在室温下充分利用太阳能，兼具了成本低廉、无污染等众多优点，对于从根本上解决能源短缺问题具有重要的意义。多年来，科研人员一直致力于开发具有稳定性和高效率的可见光催化剂。近年来，石墨相碳化氮半导体材料作为一种不含金属的可见光光催化剂，受到了科学家和研究者们的广泛关注，但其依然存在着不可忽视的缺陷，如比表面积小、活性位点少，导致其量子点效率不高。研究人员希望通过加入其他的纳米材料与碳化氮纳米材料进行杂化复合来提高其光催化活性。

金属有机骨架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）材料，是由金属离子与有机配体通过共价键或其它分子内相互作用自组装形成的多孔材料。这类材料具有高比表面积、尺寸可控、孔道规则均一、可进行后修饰、优异的热稳定和化学稳定性等优点，被广泛应用在催化领域上。目前，Yupeng Yuan等（Advanced Materials Interfaces, 2015, 2(10)）以UiO-66（Zr）作为内核，g-C₃N₄为外壳，经过简单的煅烧后将所得产物应用于催化水解氢气中，并取得了非常好的效果，这足以说明引入MOFs与石墨相碳化氮制备复合材料在光催化上具有很好的应用前景

通过g-C₃N₄纳米片表面的缺陷氨基与金属离子的配位作用，制备MOF纳米片包埋g-C₃N₄纳米片的片层结构复合材料，不仅增大了材料的比表面积，增加了活性位点，而且可极大地增强催化剂表面的传质过程，促进光生电子-空穴的分离，提高太阳能的利用效率，在光催化领域有很广泛的应用前景。而目前尚未有与此类似的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨相碳化氮纳米片/ZiF-67片层结构复合材料及其制备方法和应用，该复合材料不仅具有高比表面积、位点多的特点，还能够高效快速分离光生电子-空穴，在光催化领域具有广发的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨相碳化氮纳米片/ZiF-67片层结构复合材料，其是由g-C₃N₄纳米片和含钴的金属有机骨架化合物ZiF-67复合而成的具有片层结构的纳米材料，其中，g-C₃N₄纳米片的质量分数为20%。

所述石墨相碳化氮纳米片/ZiF-67片层结构复合材料的制备方法包括如下步骤：

1）g-C₃N₄纳米片的制备

a. 将三聚氰胺粉末平铺在50 mL的坩埚底部，盖紧盖子，转移到马弗炉中，以2.3℃/min的速度升温至550℃并保持4 h，再以2.3℃/min的速度降至室温，得淡黄色g-C₃N₄粉末；