[发明专利]一种氨基修饰片状氮化碳光催化材料的制备方法

说明书

本发明属于环境功能材料制备及应用领域，具体涉及一种可见光响应的氨基修饰片状氮化碳材料的制备方法。氨基修饰片状氮化碳材料以尿素和三聚氰胺为原料，通过水热法和高温煅烧法制备。材料不仅具有更大的比表面积，且边缘存在褶皱现象，为光催化反应提供了更多的活性位点，同时氨基基团作为光生空穴的固定剂被引入，促进材料光生电子‑空穴对的分离，使得光生载流子的复合率大大降低，提高了材料的量子产率。本发明方法不仅简单、环保、低成本，而且制备出的氨基修饰片状氮化碳材料的光催化性能优异。

技术领域

本发明属于环境功能材料制备及应用领域，具体涉及一种可见光响应的氨基修饰片状氮化碳材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着国民经济的稳步增长，环境污染及能源短缺问题日益严重，光催化作为一种利用清洁太阳能的工艺，具有良好的环境友好性质且价格低廉，容易大规模生产使用。g-C₃N₄是一种典型的可见光响应的非金属有机聚合物半导体光催化剂，具有许多例如良好的热稳定性和化学稳定性、易改性的优异特性，因此其在光解水产氢产氧、降解有机污染物等方面都有广泛的应用。

但传统g-C₃N₄仍具有一些不可避免的缺陷，如其比表面积小、光生载流子易复合等。为了进一步开发g-C₃N₄降解有机污染物的可能性，研究人员将目光投向了光催化剂的改性上。目前采取的改性方式主要分为两个方向，一种是通过原子掺杂、贵金属沉积或与其他半导体复合形成异质结等方式来优化氮化碳的电子和带隙结构，另一种是开发具有不同纳米结构的氮化碳材料来改善其物化和光学性质，如纳米片、纳米带、纳米管等的构建。其中，纳米片因易于大量获得、优点突出而得到广泛应用。纳米片层结构的g-C₃N₄具有比体相g-C₃N₄更大的比表面积，因此可以提供更多的催化活性位点。片层结构也使得光生载流子的面内传输距离更短，理论上还能够有效地抑制光生电子-空穴的复合速率。而在实际应用的过程中，具有大比表面积的同种材料其结晶度往往会降低，较低的结晶度会使量子效率降低。而氨基基团具有优异的空穴稳定剂作用，这有利于延长光催化中激发态的寿命，可有效地化解片状材料有更多复合中心的弊端。目前关于向片状g-C₃N₄中引入氨基基团的研究还很有限，因此一种简单可行的形成氨基修饰片状氮化碳材料的合成方法亟待发现。

在现有技术中，通过水热法和高温煅烧法制备氨基修饰片状氮化碳光催化材料的报道仍为空白。研究发现，在水热作用下，尿素水溶液会分解成NH₃和CO₂，可以作为N源供体，同时通过控制尿素的添加量还可以构造出片状或者孔状形貌。虽然已经有研究者发现了通过水热法以及利用尿素作为N源以改性g-C₃N₄的方法（Precursor-reforming protocol to3D mesoporous g-C₃N₄ established by ultrathin self-doped nanosheets forsuperior hydrogen evolution，DOI：http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.05.038），但其目的是为了得到N掺杂的三维多孔g-C₃N₄材料，水热时间较长（24 h），最终制备的材料比表面积增加有限（39.1 m²/g），且在诸多材料制备条件的调整过程中未在材料中观察到氨基基团的存在，保证了本发明的创新性。

而本研究以制备氨基修饰片状氮化碳材料为目标，在水热法实施前的搅拌过程中，创造性地加入HCl，并不断探索尿素与三聚氰胺的质量比，最终成功向片状氮化碳中引入氨基基团。

发明内容