[发明专利]一种制备大面积超薄g‑C3N4光催化材料制备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米光催化材料的制备，确切讲本发明涉及一种制备大尺寸超薄g-C₃N₄光催化材料的方法。特别是这种光催化材料有高的光催化活性，且制备过程是简便的高温烧结法。本发明的方法是将含氮、碳的第一化合物溶解于水中并超声得到溶液A；将第二化合物加入到溶液A并在空气中搅拌获得溶液B；将获得的溶液B水浴加热并不断搅拌至快蒸干，然后烘干获得前驱体C，前驱体C进行高温烧结，烧结产物经自然冷却至室温后进行洗涤、干燥处理。

背景技术

光催化技术是当今科学研究的热点，其应用范围十分广泛，如污水处理、空气净化、太阳能利用、抗菌、防雾和自清洁功能等。石墨相g-C₃N₄因其优良的光催化性能、高活性、稳定性、无毒和价格低廉成为一种理想的光催化材料，因此在能源再生和环境保护方面有极大的应用前景。g-C₃N₄具有较小的禁带宽度（2.7eV，金红石相二氧化钛3.0eV），对占太阳光能量45%的可见光可以较好地进行吸收。但同时光生电子-空穴对会迅速复合，没有有效分离转移，影响了活性基团的生成，导致光催化活性不高，限制了实际应用。

通过改善材料的内部结构，可以显著改善材料的物理化学性质，通过模板法分子构筑，使体系具有更高的污染物吸附能力，拓展的光吸收范围，增强的电荷转移和分离能力。大尺寸超薄g-C₃N₄相比于寻常g-C₃N₄：具有更高的导电性能、更大的表面负载自由电荷密度、更大的比表面积，因此大尺寸超薄g-C₃N₄将比未改善形貌的g-C₃N₄材料，拥有更高的光生电荷分离率和更强的有害污染物吸附分解及裂解水产氢能力。

目前，为了得到结构优良的单层g-C₃N₄，传统方法是利用液相剥离或酸碱刻蚀。具体是分别通过超声振动和强酸强碱来破坏层间范德华力，从而得到少层或单层g-C₃N₄。液相剥离法极大耗费能源，且所得到的产品产率偏低，不能得到真正意义上的单层g-C₃N₄；酸碱刻蚀法操作危险，并且引入污染物和实验副产品。因此丞待设计一种环境友好，方便可行的可替代方法。

申请号为201510714630X的中国发明专利申请公开一种碳基材料g-C₃N₄。该专利申请是采用原位生长法合成Ag量子点修饰的g-C₃N₄复合材料，其具体制备方法包括以下步骤：称取尿素溶解于蒸馏水中并超声得到溶液A；将定量AgNO₃加入到溶液A中，并在空气中搅拌获得溶液B；将获得的溶液B水浴加热并不断搅拌至快蒸干，然后烘干获得样品C；将样品C放置在马弗炉中，为确保获得多孔g-C₃N₄，保证马弗炉的初始温度小于80摄氏度，将马弗炉升温至550℃，并保持下该温度下4小时，获得样品D；自然冷却至室温，将样品D洗涤、干燥，获得Ag量子点修饰的g-C₃N₄。该方法制备的产物可用于光分解水制氢反应。但该技术利用Ag进行复合，作为贵金属，Ag的引入将极大提高成本，不利于大规模生产。

发明内容

本发明提供一种可克服现有技术不足，制备大面积超薄g-C₃N₄光催化材料制备的方法。

本发明的一种制备大面积超薄g-C₃N₄光催化材料的方法是将含氮、碳的第一化合物三聚氰胺溶解于水中并超声得到溶液A；再将第二化合物聚丙烯酰胺加入到溶液A并在空气中搅拌获得溶液B；将获得的溶液B进行干燥处理得到前驱体C，将前驱体C进行高温烧结，烧结产物经自然冷却至室温后进行洗涤、干燥处理后即得到大面积超薄g-C₃N₄光催化材料。

优先地，本发明制备大面积超薄g-C₃N₄光催化材料制备的方法是：

（1）将5.0g三聚氰胺溶解于1000mL水中并超声分散处理得到溶液A ；

（2）将0.5g 聚丙烯酰胺加入到溶液A 中，搅拌获得溶液B ；