[发明专利]一种调控共价碳氮聚合光催化剂在二维蜂窝型碳纳米片上生长的方法

说明书

本发明公开了一种精确调控共价碳氮聚合光催化剂在二维蜂窝型碳纳米片上生长的方法，将氧化石墨烯分散到水中后加入表面活性剂和还原剂进行反应，使氧化石墨烯被部分还原；然后再加入4‑氰基重氮苯四氟硼酸盐溶液，剧烈搅拌后离心，除去上清液，剩余固体经洗涤、干燥后和苯腈类化合物加入到反应器中，于惰性气体保护下加入催化剂，并于冰水浴条件下持续搅拌，得到均一粘稠溶液；所得均一粘稠溶液置于烘箱中，并于90‑110℃温度下保持10‑30min，得到黑色胶状物质；所得黑色胶状物质经水和乙醇洗涤数次后，烘干，即得生长共价碳氮聚合光催化剂的二维蜂窝型碳纳米片。本发明的方法可精确调控共价碳氮聚合光催化剂在二维蜂窝型碳纳米片上的生长，制备方法绿色环保。

技术领域

本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种调控共价碳氮聚合光催化剂在二维蜂窝型碳纳米片上生长的方法。

背景技术

共价碳氮聚合光催化剂在工业生产和环境治理中有着十分重要的作用。共价碳氮聚合光催化剂具有显著的高比表面积，良好的光催化性能，高度的热稳定性、化学稳定性和疏水性，同时价格低廉。二维蜂窝型碳纳米片具有优异的物理化学性质，如高比表面积、高导电性、高机械强度、表面易修饰等优点。共价碳氮聚合光催化剂和二维蜂窝型碳纳米片均为片层结构，共价碳氮聚合光催化剂可良好地生长于二维蜂窝型碳纳米片层上，多层堆叠，层间通过化学键相连，相比于负载技术，两种材料之间结合强度更高，稳定性更优异。通过调节共价碳氮聚合光催化剂的生长量对共价碳氮聚合光催化剂生长分布进行精确调控，使材料的孔隙以及光催化位点分布均匀，优化对污染物的吸附催化效率。该生长共价碳氮聚合光催化剂的二维蜂窝型碳纳米片吸附催化污染物后，经可见光催化可实现再生，循环使用。二维蜂窝型碳纳米片是适合共价碳氮聚合光催化剂生长的基底材料。在Zhu J ,Zhuang X , Yang J , et al. Graphene-coupled nitrogen-enriched porous carbonnanosheets for energy storage[J]. J. Mater. Chem. A, 2017:10.1039.C7TA04752E.中阐述了共价碳氮聚合光催化剂和二维蜂窝型碳纳米片复合材料的离子热制备方法，需要高温高压，耗能较大，且未能精确调控共价碳氮聚合光催化剂在二维蜂窝型碳纳米片上的生长。因此，如何采用绿色环保的方法制备一种可精确调控共价碳氮聚合光催化剂生长的二维蜂窝型碳纳米片可再生材料至关重要。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种调控共价碳氮聚合光催化剂在二维蜂窝型碳纳米片上生长的方法，本发明的方法既避免了高温高压，又可精确调控共价碳氮聚合光催化剂在二维蜂窝型碳纳米片上的生长，生长共价碳氮聚合光催化剂的二维蜂窝型碳纳米片材料对有机污染物具有很高的光催化降解活性。

为了使共价碳氮聚合光催化剂生长在二维蜂窝型碳纳米片上，本发明采用了一种全新的思路：将掺氮的二维蜂窝型碳纳米片与1,4-对苯二腈按比例混合，再缓慢加入催化剂三氟甲磺酸，苯腈类化合物自聚合反应形成共价碳氮聚合光催化剂，并生长到所述掺氮的二维蜂窝型碳纳米片上。反应过程使用三氟甲磺酸作为催化剂，避免了高温的聚合过程，提高了共价碳氮聚合光催化剂生长的效率，大幅提高材料的比表面积和吸附性能。

所述的一种调控共价碳氮聚合光催化剂在二维蜂窝型碳纳米片上生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将氧化石墨烯分散到水中，加入表面活性剂十二烷基硫酸钠和还原剂水合肼溶液进行还原反应，使氧化石墨烯被部分还原形成还原氧化石墨烯；然后缓慢加入4-氰基重氮苯四氟硼酸盐溶液，剧烈搅拌2-3h后离心，除去上清液，剩余固体分别经丙酮和水洗涤数次后，干燥得到掺氮的二维蜂窝型碳纳米片；

2）将步骤1）所得掺氮的二维蜂窝型碳纳米片和苯腈类化合物依次加入到反应器中，于惰性气体保护下逐滴缓慢加入三氟甲磺酸，并于冰水浴条件下持续搅拌2h，苯腈类化合物在三氟甲磺酸的催化作用下自聚合反应形成共价碳氮聚合光催化剂，得到均一粘稠溶液；