[发明专利]一种氮掺杂碳纳米片、其制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂碳纳米片、其制备方法及其应用，属于材料制备技术领域。该制备方法包括以下步骤：将富含芳烃组分的石油基材料与含氮小分子混合分散于甲苯溶液中，60‑90℃下将甲苯完全蒸除，经过研磨得到混合均匀的前驱体；将所述混合均匀的前驱体在氮气氛围下进行一次高温碳化，得到二维g‑C₃N₄模板插层的碳材料；将上述二维g‑C₃N₄模板插层的碳材料进行充分研磨，在氮气氛围下进行二次高温热处理去除模板，得到氮掺杂碳纳米片。本发明应用于水污染物降解方面，解决了现有氮掺杂碳纳米片制备方法成本高、氮掺杂量低的问题，具有制备成本低、氮掺杂量高、碳材料薄、石墨化程度高、性能优异的特点。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，尤其涉及一种氮掺杂碳纳米片、其制备方法及其应用。

背景技术

碳材料包括富勒烯、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、碳纳米片、多孔碳等，其中，碳纳米片作为新型的二维碳基材料，受到越来越多的关注。碳纳米片在结构上是具有大量石墨烯层状结构的非支撑二维层状碳纳米材料，其结构介于石墨烯和石墨之间，同时具有石墨烯和石墨的出色性能。因此，碳纳米片在吸附、催化剂、电磁波吸收材料、药物控释、超级电容器等领域具有广泛的应用前景。然而，单一的碳材料化学活性低，分散性和离子亲和性差等一系列的缺陷限制了其发展应用。

中国专利CN201911029256.4公开了一种氮掺杂碳纳米片的制备方法，包括如下步骤：提供有机酸和有机伯胺，所述有机酸含有羧基；将所述有机酸和有机伯胺溶于溶剂中进行加热处理，然后烘干得到前驱体；将所述前驱体进行煅烧碳化，得到氮掺杂碳纳米片。然而，该制备方法具有原料成本高、氮掺杂量低的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明所要解决的技术问题是克服现有氮掺杂碳纳米片制备方法成本高、氮掺杂量低的问题，提出一种具有制备成本低、氮掺杂量高、碳材料薄、石墨化程度高、性能优异的一种氮掺杂碳纳米片、其制备方法及其应用。

为解决所述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明一方面提供了一种氮掺杂碳纳米片的制备方法，包括以下步骤：将富含芳烃组分的石油基材料与含氮小分子混合分散于甲苯溶液中，60-90℃下将甲苯完全蒸除，经过研磨得到混合均匀的前驱体；将所述混合均匀的前驱体在氮气氛围下进行一次高温碳化，得到二维g-C₃N₄模板插层的碳材料；对上述二维g-C₃N₄模板插层的碳材料进行充分研磨，在氮气氛围下进行二次高温热处理去除模板，得到氮掺杂碳纳米片。

优选的，所述富含芳烃组分的石油基材料为催化裂化油浆、减压渣油或沥青中的任意一种，所述富含芳烃组分的石油基材料的芳烃含量不低于30％。

优选的，所述富含芳烃组分的石油基材料为催化裂化油浆。

优选的，所述富含芳烃组分的石油基材料与含氮小分子的质量比为1：(2-10)。

优选的，将所述混合均匀的前驱体在氮气氛围下进行一次高温碳化的反应条件为：升温速率为0.5-3℃/min，碳化温度为500-600℃，碳化时间为1-6h。

优选的，所述对上述二维g-C₃N₄模板插层的碳材料进行二次高温热处理的反应条件为：升温速率为2-10℃/min，碳化温度为700-1000℃，碳化时间为1-6h。

优选的，所述碳化温度为800℃。

优选的，所述含氮小分子包括氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、三聚氰酸、尿素、盐酸胍或乌洛托品中的至少一种。

本发明另一方面还提供了以上任一技术方案所述的氮掺杂碳纳米片的制备方法制备得到的氮掺杂碳纳米片。