[发明专利]纳米片组装的分级多孔花状氮化碳及其制备方法和应用

说明书

一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳及其制备方法和应用，属于半导体光催化材料技术领域。所述氮化碳为分级多孔的花状结构，由多孔纳米片分层、有序组装得到，其中，所述花状氮化碳的花体大小为4～10μm，纳米片的厚度为20～60nm，比表面积为90～140m²g^‑1，孔体积为0.4～1m³g^‑1，孔径为1～6nm。本发明分级多孔花状氮化碳从三个方面增强光催化活性：首先分级多孔结构增强了光收集效率，并且解决了纳米片的堆积问题；其次，分级多孔结构增大了材料的比表面积，为表面的氧化还原反应提供更多的活性位点；最后，由于独特分级结构配合多孔网络形成了独特的传输通道，促进了反应物分子和载流子的扩散。

技术领域

本发明属于半导体光催化材料技术领域，具体地说，涉及一种可见光光催化还原二氧化碳活性增强的分级多孔花状氮化碳及其制备方法和应用。

背景技术

如今，能源消耗和环境污染已成为当今世界的两个主要问题。人类过度活动和尾气排放导致的全球变暖使环境问题变得越来越严重。作为导致温室效应的主要气体，二氧化碳的还原非常重要。光催化还原CO₂以及产生CH₄、CO和其他燃料气体，因其高效和环境友好而受到广泛关注。

氮化碳(g～C₃N₄)由于不含金属、化学稳定性和热稳定好、能带结构适中等优点被广泛应用于光催化产氢，二氧化碳还原和污染物降解等方面。通过常规方法合成的石墨氮化碳的光催化活性由于低的比表面积和高的载流子复合而受到限制。为了提高氮化碳的光催化性能和应用价值，设计出形貌理想、结构先进的材料至关重要。作为一种独特的结构，分级多孔结构由于能增大光吸收效率、增大比表面积、促进反应物分子的运输引起了人们的关注。考虑到分级多孔结构的优越性，近年来已经设计并制备了具有不同形貌的氮化碳的分级多孔结构，比如分级多孔氮化碳纳米管、分级多孔氮化碳纳米带等。但是分级多孔花状氮化碳很少被报道。目前为止，孙等(Sun,J.；Xu,J.；Grafmueller,A.；Huang,X.；Liedel,C.；Algara～Siller,G.；Willinger,M.；Yang,C.；Fu,Y.；Wang,X.；Shalom,M.,Self～assembled carbon nitride for photocatalytic hydrogen evolution anddegradation of p～nitrophenol.Appl.Catal.B～Environ.2017,205,1～10)报道通过引入二次极性溶剂后处理约20小时，制备出类似花状氮化碳，但是其片状单体较厚(90～130)nm，并且没有产生多孔网络，该方法耗时、成本高，引入丙酮等极性溶剂会污染环境，很难大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳，其特征在于，所述氮化碳为分级多孔的花状结构，由多孔纳米片分层、有序组装得到，其中，所述花状氮化碳的花体大小为4～10μm，纳米片的厚度为20～60nm，比表面积为90～140m² g^-1，孔体积为0.4～1m³ g^-1，孔径为1～6nm。

一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳的制备方法，其特征在于，所述分级多孔花状氮化碳由氰尿酸和三聚氰胺通过分子自组装形成氰尿酸-三聚氰胺络合物前驱体；然后通过水浴加热方法在前驱体中引入乙醇分子插层，煅烧缩聚后形成的。

一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、氰尿酸-三聚氰胺络合物前驱体的制备：