[发明专利]一种氧掺杂多孔氮化碳纳米片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧掺杂多孔氮化碳纳米片的制备方法，以碳氮前驱体、乙醇和水作为原材料，采用乙醇辅助水热处理常规碳氮前驱体制备出改性前驱体；然后将上述改性前驱体进行高温煅烧，即得到氧掺杂多孔氮化碳纳米片。采用本发明方法制备得到的氧掺杂多孔氮化碳纳米，实现形貌调控和掺杂改性的结合。一方面，所得到的氮化碳具有明显的二维片层状多孔结构，不仅可以增强的氮化碳对光的捕获能力，而且可以提供更多的电荷迁移通道和表面活性位点；另一方面，通过氧掺杂实现了对氮化碳能带结构的调控，优化了光还原和光氧化的反应电势。因此，所制备的氧掺杂多孔氮化碳纳米片较之传统无孔、易团聚的体相g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;展现出优异的光催化性能。

技术领域

本发明属于光催化材料制备技术领域，具体涉及一种氧掺杂多孔氮化碳纳米片，本发明还涉及上述氧掺杂多孔氮化碳纳米片的制备方法。

背景技术

随着环境问题和能源问题的日益严重，新能源尤其是太阳能的开发利用也显现出更加重要的地位。光催化技术以其反应条件温和、能直接将太阳能转化为化学能的优势，在能源开发及环境保护领域具有极大的应用前景。因此，设计并开发出一种高效、稳定、环保、廉价的光催化剂具有重要的实用价值。在众多光催化剂中，聚合物半导体石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其不含金属组分，无毒，响应可见光等优点，在光解水产氢、光还原二氧化碳和光降解有机污染物领域表现出极大的应用潜力。常规的体相g-C₃N₄虽然具有一定的光催化性能，但由于其存在能带结构缺陷、比表面积小、易团聚等缺点，在一定程度上制约了其在光催化领域的应用。

目前，国内外研究人员针对体相g-C₃N₄的缺点提出了多种改性策略，如形貌调控、原子掺杂、构建异质结等。特别地，通过形貌调控得到具有纳米管、纳米薄片和多孔结构等形貌的g-C₃N₄，不仅表现出强的光捕获能力，而且具有丰富的电荷迁移通道以及表面活性位点，可以极大地提高光催化其活性。然而，目前用于实现g-C₃N₄形貌调控的途径主要是模板法(软模板法和应模板法)和前驱体改性策略。模板法通常涉及一些用于造孔的有机试剂和蚀刻模板所需的NH₄HF₂或HF溶液，不仅增加了成本，而且会对环境造成污染；而目前所报道的前驱体改性策略中较少有对前驱体进行有目的的设计，从而导致对所制备前驱体的结构和成分以及其聚合过程中孔的形成机理缺乏深入的认识。另外，单一掺杂改性策略虽可以通过引入异质元素优化原有材料的能级结构在一定程度上提高材料的光催化性能，但也存在提升有限的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧掺杂多孔氮化碳纳米片的制备方法，解决了现有氮化碳材料制备工艺复杂、成本高，且单一掺杂改性策略对于材料光催化性能提升不足的问题。

本发明的另一目的是提供上述方法制备得到的氧掺杂多孔氮化碳纳米片。

本发明所采用的技术方案是，一种氧掺杂多孔氮化碳纳米片的制备方法，以碳氮前驱体、乙醇和水为原材料，采用乙醇辅助水热处理常规碳氮前驱体制备出改性前驱体；然后将上述改性前驱体进行高温煅烧，即获得氧掺杂多孔氮化碳纳米片。

本发明的特点还在于，

具体按照以下步骤实施：

步骤1，改性前驱体的制备：

将碳氮前驱体、乙醇、去离子水加入反应釜中，搅拌均匀，放入烘箱中进行水热反应，得到固液混合物；然后对固液混合物进行洗涤、干燥，得到改性前驱体；

步骤2，氧掺杂多孔氮化碳纳米片的制备：

对步骤1得到的改性前驱体进行高温煅烧，即得到氧掺杂多孔氮化碳纳米片。