[发明专利]一种带状石墨氮化碳纳米片的制备方法

说明书

一种带状石墨氮化碳纳米片的制备方法，以三聚氰胺作为前驱体，通过煅烧得到中间体蜜勒胺。对中间体蜜勒胺粉末纯化后分散在乙二醇中，加入硝酸搅拌，最终煅烧聚合得到高性能低聚合度带状石墨氮化碳。蜜勒胺经过硝酸处理，在更高的煅烧温度下通过末端氮原子连接成大分子链，最终通过层间堆叠形成g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;。乙二醇能较好的溶解蜜勒胺。硝酸能质子化蜜勒胺，使其末端带正电荷，最终得到的g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;聚合度可调控，优化能带结构及电荷传输，最终改善光催化性能。本发明制备的低聚合度多活性边的g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;具有更多的皱褶边缘、较好的光吸收和增强的光催化降解性能，且操作简单，能够大规模实际生产，并对进一步理解g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;聚合度和光催化性能的关系具有重要意义。

技术领域

本发明属于光催化能量转换技术领域，具体涉及一种具有高性能低聚合度的带状石墨氮化碳纳米片光催化剂的制备方法。

背景技术

g-C₃N₄作为一种新型的可见光响应的光催化剂，在能量转换和环境修复领域引起了高度的关注。其有类似于石墨烯的层状堆叠结构，可用廉价的含氮前驱体通过煅烧的方法而获得，高的物化热稳定性等优点。但目前g-C₃N₄的性能还受到低的比表面积，高的光生载流子复合率，对可见光响应窄等因素的约束，仍然是未来急需解决的问题。目前人们更多的是通过对前驱体的预处理或对最终g-C₃N₄产物的后处理实现对光催化性能的改善，但是对中间产物的处理尚未报道。因此，使用合适的试剂处理中间体，对改善g-C₃N₄电荷传输，提升光催化性能同样具有重要意义。

文献1“Tahir M,Cao C,Butt FK,et al.Tubular graphitic-C₃N₄:A Prospectivematerial for energy storage and green photocatalyst[J].Journal of MaterialsChemistry A,2013,1,13949-13955”公开了一种硝酸处理前驱体得到的管状g-C₃N₄的制备方法，该方法以三聚氰胺作为前驱体，乙二醇作溶剂，硝酸作处理剂，再通过煅烧的方式得到管状g-C₃N₄。硝酸处理引入了独特的管状形貌，高的比表面积，具有良好的光催化降解亚甲基蓝和甲基橙的活性。但该方法制备得到的产物七嗪环的重复排列发生了极大的变化，可见光的吸收相比于体相g-C₃N₄有所下降，对光催化性能的提升不明显，而且此前处理方法煅烧后产量低。

文献2“Control of energy band,layer structure and vacancy defect ofgraphitic carbon nitride by intercalated hydrogen bond effect of NO₃^-towardimproving photocatalytic performance[J].Chemical Engineering Journal,2019,357,209-219”公开了一种硝酸处理体相g-C₃N₄的方法，首次引入了硝酸根的氢键连接效应，最终得到的产物具有可控的能带，层结构和空位缺陷，大的比表面积，这些因素使光催化性能有了显著的提升，但是此方法已经被广泛报道，主要是利用硝酸的解聚合作用，且在后续的煅烧过程中催化剂由于在空气中被氧化刻蚀而出现产量大幅度较低，严重削弱对光的吸收能力。