[发明专利]一种具有N缺陷的C3N4材料的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料的制备领域，具体涉及一种具有N缺陷的C₃N₄的制备方法和应用。

背景技术

C₃N₄是一种有嗪环或三嗪环共轭而成二维有机半导体，由于其优异的热稳定性、化学稳定性和独特的光学、电学性质而受到人们广泛关注。目前，C₃N₄被广泛应用于光解水产氢产氧、有机污染物降解、CO₂还原、选择性氧化和生物成像等。其中，由于其独特的稳定性和能带位置，C₃N₄在光催化领域具有很大的发展潜力。然而其快速复合的光生电子空穴对和较低的吸收边限制了其光催化活性的提高。在C₃N₄结构中构建N缺陷是解决该问题的途径之一，但目前的制备方法有两种，一种是高温煅烧(参考文献P.Niu,L.-Ch.Yin,Y.-Q.Yang,G.Liu,H.-M.Ch,Adv.Mater.2014,1-7；P.Niu,G.Liu,H.-M.Cheng,J.Phys.Chem.C 2012,116,11013-11018.)，一种是将C₃N₄进一步水热处理(参考文献Zh.Hong,B.Shen,Y.Chen,B.Lin B.Gao,J.Mater.Chem.A,2013,1,11754–11761.)，耗能费时。而目前还没有在相对较低的温度下一步即可制备N缺陷的C₃N₄的方法。

因此，通过设计切实有效的方法来制备具有N缺陷的C₃N₄在实际应用中具有重要意义。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具有N缺陷的C₃N₄材料的制备方法，该方法可在较低的温度下一步合成具有N缺陷的C₃N₄；并且本制备方法条件温和、产品可宏量制备，同时通过改变反应条件可使C₃N₄产物的能带结构连续变化。

本发明的另一个目的在于提供具有N缺陷的C₃N₄材料在光催化产氢中的应用。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种具有N缺陷的C₃N₄材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将含氮化合物水溶液和氢氧化物水溶液混溶，干燥得到固体；

2)将所得固体进行煅烧得到产物为N缺陷的C₃N₄。

优选地，步骤1)所述含氮化合物选自尿素、三聚氰胺或者硫脲。

优选地，步骤1)所述氢氧化物选自KOH、Ba(OH)₂或NaOH。

优选地，步骤1)中氢氧化物的的用量以氢氧根离子的摩尔数计为89μmol-18mmol。

优选地，步骤2)所述煅烧的温度为530-570℃。

由上述制备方法得到的具有N缺陷的C₃N₄，具有片状结构，调节原料中氢氧化物的浓度可以使制得的C₃N₄能带结构连续改变。

具有N缺陷的C₃N₄在光催化产氢上的应用。

优选地，使用乳酸作为牺牲剂，在产氢测试之前加入1wt％Pt前驱体，在催化剂上光沉积Pt。

本发明的有益效果如下：

1.本发明提供的具有N缺陷C₃N₄，简单易得，且其N缺陷程度可控。

2.本发明所制备的具有N缺陷C₃N₄与原始的C₃N₄相比，具有更好的光吸收性能，在光催化水分解产氢测试中具有更好的产氢性能。

3.本发明提供的具有N缺陷C₃N₄的制备方法为KOH活化法，该方法不需要额外的高温，同时也不需要在制备C₃N₄之后再进行后处理，只需制备C₃N₄的过程中加入少量的KOH，即可一步获得。