[发明专利]一种用于合成多种形貌的g-C3N4纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料合成领域，涉及一种用于合成多种形貌的g-C₃N₄纳米材料的方法。

背景技术

类石墨C₃N₄(g-C₃N₄)是一种能稳定存在的C₃N₄的同素异形体。g-C₃N₄纳米材料能催 化一系列科学家“梦想的反应”，例如光化学反应分解水、选择性氧化反应、超活性产氢反 应，因此吸引了研究者的广泛关注。特别是，不同形貌和维度(尺寸)的g-C₃N₄纳米材料由于 量子限域效应存在显示了许多独特的物理化学性质，因此被广泛用于各个领域。例如，二维 的g-C₃N₄纳米片是一种十分有效的光催化剂，能高效地转化太阳能，这主要得益于它的大的 比表面积和边缘活性位点。一维的g-C₃N₄纳米线可以作为很好的吸附剂、光催化活性材料和 传感材料。此外，零维的g-C₃N₄纳米点是一类生物兼容性很好的荧光纳米粒子，被广泛地应 用在荧光成像和荧光传感器。

目前，g-C₃N₄量子点最佳的合成方法是水热和溶剂热法；相比于化学气相沉积和机 械剥离法，液相剥离法是合成二维g-C₃N₄纳米片的最佳方法。不同形貌和维度的g-C₃N₄往往 需要不同的合成方法，这给研究g-C₃N₄纳米材料的物理化学性质带来的麻烦。此外，不同形 貌g-C₃N₄纳米材料合成方法上的差异性可能造成对实验设备、条件和步骤有不同的要求，会 增加合成成本。因此，开发一种简便、有效、可控、大规模合成g-C₃N₄纳米材料的方法具有非 常重要的现实意义。

最近研究报道，甲酰胺在反应温度为180℃时，通过溶剂热法，反应0.5h可合成g- C₃N₄量子点(S.Barman,M.Sadhukhan,Facilebulkproductionofhighlyblue fluorescentgraphiticcarbonnitridequantumdotsandtheirapplicationas highlyselectiveandsensitivesensorsforthedetectionofmercuricand iodideionsinaqueousmedia,J.Mater.Chem.,22:21832-21837.)。这种方法合成的g- C₃N₄量子点的产率很低，而且分离提纯麻烦。基于这个方法，在本发明中，通过系统地调控反 应温度和反应时间，我们成功制备出g-C₃N₄纳米片、纳米线和纳米纤维。在我们给定的条件 范围内，可以实现对g-C₃N₄纳米材料的形貌、尺寸和厚度的调控。本发明制备的g-C₃N₄纳米 线和纳米纤维的产率可到90％以上，由于其尺寸比g-C₃N₄量子点大，分离提纯也更加容易。

发明内容

本发明的目的是构建一种简单的合成方法能可控制备不同形貌、维度和厚度的g- C₃N₄纳米材料，本发明解决了不同形貌或维度的g-C₃N₄纳米材料需要不同合成方法的问题。

本发明的技术方案：

一种用于合成多种形貌的g-C₃N₄纳米材料的方法，步骤如下：

将甲酰胺置于聚四氟乙烯反应器中，保证其体积占聚四氟乙烯反应器体积的60- 80％；