[发明专利]一种石墨相碳化氮纳米片/四氧化三钴纳米片鱼鳞状结构复合纳米材料及制备方法和应用

说明书

本发明旨在提供一种合成“鱼鳞状”石墨相碳化氮纳米片/四氧化三钴纳米片复合材料的方法，属于材料制备及催化的技术领域。复合材料是以功能化的石墨相碳化氮和金属钴盐为原料，通过水热法高温制备得到。本发明制备的鱼鳞形状的二维碳化氮纳米片/四氧化三钴纳米片复合材料形貌为二维碳化氮纳米片表面均匀地生长鳞片状四氧化三钴纳米片纳米复合材料，与传统的单纯二维碳化氮纳米材料相比，有效提高了材料的比表面积和对催化底物的筛分能力，具有更加高效的光催化性能。本发明具有工艺简单，成本低廉，催化效率高，所制备材料具有高效二氧化碳还原能力，因此在环境修复、消除温室气体等光催化领域有着良好的应用前景。

技术领域

本发明属于材料制备及催化的技术领域，具体涉及到一种石墨相碳化氮纳米片/四氧化三钴纳米片鱼鳞状结构复合纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

利用太阳能解决全球性的能源和环境问题是当今科研领域的一个重要研究方向，半导体光催化纳米材料可在室温下充分利用太阳能，兼具了成本低廉，无污染等众多优点，对于从根本上解决能源短缺问题具有重要的意义。多年来，科研人员一直致力于开发具有稳定性和高效率的可见光催化剂。近年来，石墨相碳化氮半导体材料作为一种不含金属的可见光光催化剂，受到了科学家和研究者们的广泛关注，但其依然存在着不可忽视的缺陷：比表面积小，活性位点少，导致其量子点效率不高。研究人员希望通过加入其他的纳米材料与碳化氮纳米材料进行杂化复合来提高其光催化活性。

四氧化三钴纳米片材料，是由无定型四氧化三钴纳米片互相交错形成的纳米材料。这类材料具有高比表面积、大孔径、缺陷多、优异的热稳定和化学稳定性等优点，被广泛的应用在催化领域上。目前Yi Xie等（Angewandte Chemie International Edition,2016, 55(2): 698-702）以超薄四氧化三钴纳米片作为电催化剂，应用在催化二氧化碳制甲酸中，取得了非常好的效果。

利用水热法制备具有鱼鳞状结构的石墨相碳化氮纳米片/四氧化三钴纳米片复合纳米材料，还未见报道。通过g-C₃N₄纳米片表面的缺陷氨基与金属离子的配位作用，制备四氧化三钴纳米片/ g-C₃N₄纳米片的鱼鳞状结构复合材料，不仅增大了材料的比表面积，增加了活性位点，而且极大地增强了催化剂表面的传质过程，促进了光生电子-空穴的分离，提高了太阳能的利用效率。在光催化领域有很广泛的应用前景。

发明内容

本发明旨在提供一种石墨相碳化氮纳米片/四氧化三钴纳米片鱼鳞状结构复合纳米材料及其制备方法和应用，该复合材料不仅具有高比表面积、位点多，工艺简单的特点，能够高效快速分离光生电子-空穴，在光催化领域具有广发的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨相碳化氮纳米片/四氧化三钴纳米片鱼鳞状结构复合纳米材料，其特征在于：所述的复合吸附剂是由g-C₃N₄纳米片和四氧化三钴纳米片通过复合得到的具有鱼鳞状结构的材料，其中石墨相碳化氮的质量分数为5-50%。

所述的石墨相碳化氮纳米片/四氧化三钴纳米片鱼鳞状结构复合纳米材料采用水热法制备而成，包括以下步骤：

1）g-C₃N₄纳米片的制备

取2g三聚氰胺粉末平铺在50 mL的坩埚底部，盖紧盖子，转移到马弗炉中，以2.3°C/min的速度升温至550 °C并保持4 h，再以2.3 °C/min的速度降温至室温，得g-C₃N₄淡黄色粉末。