[发明专利]一种盐辅助制备带有氰基的三维石墨相氮化碳方法

说明书

本发明涉及一种盐辅助制备带有氰基的三维石墨相氮化碳方法，包括下列步骤：盐和石墨相氮化碳前驱体溶液的制备：选取碱金属盐中的碱金属的氯化物或硫酸盐或碳酸盐，以硫脲或单氰胺或双氰胺或三聚氰胺或尿素为石墨相氮化碳的前驱体，以碱金属盐与石墨相氮化碳的前驱体质量比为(10～50)：1计，将碱金属盐与石墨相氮化碳的前驱体加入去离子水中溶解，配成溶液；然后移至冰箱中冰冻成块。将冰冻成块的物质放入冷冻干燥机中，经过冻干后，得到白色固体。将上面得到的白色固体，研磨成粉，然后放入方舟或者坩埚中，在氩气或者空气气氛下，升温到400‑600℃煅烧，然后清洗干净。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种制备带有氰基的三维石墨相氮化碳的方法。

背景技术

光催化材料是当下研究的热点，和其他光催化材料相比g-C₃N₄具有以下优点：1.有良好的物理化学稳定性，有良好的热稳定性，不与酸碱之类的物质发生反应。2.带隙大小合适，为2.7eV左右，能够有效的吸收可见光的部分能量，相比于TiO₂这种材料在可见光区域的吸收有很大的优势。3.它的带隙位置合适，能够在理论上满足产氢产氧所需要的价带、导带位置。但是g-C₃N₄这种光催化材料也有一些缺点：1.在可见光区域的吸收有待提高，光吸收主要受到带隙大小的限制。2.比表面积比较小，块状的g-C₃N₄的带隙大小仅为7m²/g。3.电子空穴对的复合率高，这一点严重限制了它的产氢性能和降解性能。

大量文献表明，人们对g-C₃N₄的改性手段主要集中在：设计g-C₃N₄的纳米结构、和其他光催化材料复合和引入氰基官能团三个方面。设计g-C₃N₄的纳米结构主要就是为了增大比表面积来暴露出更多的活性位点，在纳米结构设计方面主要通过二次煅烧的方式制备g-C₃N₄纳米片和使用SiO₂作为模板制备g-C₃N₄核壳结构或者三维孔结构，也有通过冻干的方式制备纳米多孔海带状的g-C₃N₄。和其他光催化材料复合，目的是为了结合两种材料的优势，通过一定的方法的达到协同效应。引入氰基官能团，是因为氰基被引入到g-C₃N₄的边缘后能够有效的促进载流子分离从而提升光催化活性。氰基的引入可以通过NaBH和g-C₃N₄混合煅烧、KOH和g-C₃N₄前驱体混合煅烧还可以通过NaCl和g-C₃N₄前驱体混合煅烧。

前文提到的对g-C₃N₄改性的研究中，设计纳米结构和引入氰基官能团是两个比较有效的方法。在设计纳米结构方面，三维形貌能够有效的提高比表面积同时又能够抑制纳米片堆叠这一缺点，因此我们在形貌调控方面选择设计三维结构以提高g-C₃N₄光催化活性，设计三维结构的方法有很多，比如前面提到的用以SiO₂为代表的模板来制备具有三维孔结构的g-C₃N₄、将盐酸引入到g-C₃N₄前驱体中，在煅烧中通过盐酸的逃逸实现造孔、还有将三聚氰酸和三聚氰胺混合形成超分子来实现三维结构。上述这些方法在制备三维g-C₃N₄方面有的后期去模板复杂，有的需要用到强酸性为物质，有的过程繁琐，因此我们需要找到更简单安全绿色的方式来制备具有三维结构的g-C₃N₄。