[发明专利]一种C3N4纳米线光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种C₃N₄纳米线光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的发展，能源短缺和环境污染问题日益突出，半导体光催化剂广泛应用于直接水解获得可再生能源氢和有机污染废水的环境保护中，在过去的几十年中一直备受关注。

在众多的半导体催化剂中，TiO₂由于其无毒、低成本、高稳定性和优良的光催化能力成为研究最多和最具有应用前景的半导体材料。但是，由于其能隙大(如锐钛矿型TiO₂3.2eV)，只能利用占太阳光3～4％的紫外线(UV)部分，并且量子效率低，从而限制了TiO₂的应用。因此，掺杂、金属沉积和复合材料的制备等方法被应用于TiO₂的改性，以期望提高其可见光光催化活性，但收效甚微。

近年来，一种新型功能材料—石墨状氮化碳(g-C₃N₄)由于具有非金属性、高电子迁移率、低能隙(2.73eV)的特点而被引起广泛关注。g-C₃N₄具有优越的还原能力，其光响应波长可达450nm，扩大到可见光范围。但是它的氧化能力比TiO₂弱，此外，在光催化过程中的电子-空穴对分离率需要进一步提高。而通过对该类材料的形貌进行探索，从而改进其光催化活性已成为当前迫切需要解决的热点技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术问题，提供一种C₃N₄纳米线光催化剂，其具有较好的光催化活性，且制备过程简单，反应时间短，工艺环保，重复性好，易于工业化生产。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种C₃N₄纳米线光催化剂的制备方法，包括下列步骤：a、将富氮前驱高温煅烧；b、向煅烧后的富氮前驱中加入碱性溶液，在0～120℃下搅拌0.1～60min后，过滤、水洗、干燥，即得到所述C₃N₄纳米线光催化剂。

所述步骤a中，高温煅烧的条件优选为，升温速率为0.01～20℃/min，煅烧温度为400～550℃，煅烧时间为0.5～4h。

优选的，所述富氮前驱为单氰胺、双氰胺或三聚氰胺等。

作为实例，所述碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸氢钠等的水溶液。优选的，所述碱性溶液摩尔浓度为0.001～20mol/L。

进一步优选，所述碱性溶液与富氮前驱的质量比为0.01～10:0.01～10。

本发明还提供根据上述方法制备得到的C₃N₄纳米线光催化剂。

与现有技术相比，本发明具有如下积极的效果：

(1)本发明首次利用富氮前驱，通高温煅烧、碱性溶液处理、洗涤法，制备出C₃N₄纳米线；

(2)本发明的C₃N₄纳米线光催化剂比表面积大，从而增加了表面活性位点，提高了光催化活性；

(3)本发明的C₃N₄纳米线光催化剂形貌、尺寸均一性较好、重复性好；

(4)本发明光催化剂的制备过程简单，反应时间短，工艺环保，重复性好，易于工业化生产。

附图说明

图1为实施例1中制备的C₃N₄纳米线的SEM图谱。

图2为实施例1中制备的C₃N₄纳米线的XRD衍射图谱。

具体实施方式

下文将结合附图和具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

(实施例1)

将5g三聚氰胺前驱置于马弗炉中以5℃/min升温到500℃，煅烧2h，冷却后，加入10mL 10mol/L的氢氧化钠水溶液，在20℃下搅拌30min，过滤、水洗、干燥，得到C₃N₄纳米线，其SEM图谱和XRD衍射图谱分别如图1和图2所示。