[发明专利]一种半金属性C4

说明书

本发明公开了一种半金属性的氮化碳纳米板及其制备方法和应用，体相C₄N₃材料为板状，面尺寸为5‑250μm，板厚度为0.7～1.1μm，具有多晶结构。本发明通过原位热解离子液体前驱体将半金属性C₄N₃纳米板(尺寸约为20～60nm)引入氧化铝模板中，进一步增强了光电耦合和太阳能吸收，引起了光催化效率的大幅增加，可达1009μmol g^‑1h^‑1，能够很好地促进太阳能吸收从而提供光催化效率，不但有效促进太阳能利用而且大大提高了光催化剂的稳定性和可回收利用性。此外，该方法可制备尺寸可控的氮化碳纳米板，有望开发出具有特殊功能的各种材料微结构用于光催化、电催化、及光伏电池领域。

技术领域

本发明属于制氢材料技术领域，具体涉及一种半金属性C₄N₃纳米板及其制备方法和应用。

背景技术

在人类解决全球能源危机、环境污染的进程中，氢能源被视为环境友好、高能量值的绿色能源。从环境消耗角度来看，利用太阳能进行分解水制氢引起了科研工作者的极大兴趣。然而，目前能够用于分解水制氢的高效、稳定、廉价的光催化剂十分稀缺。受新兴的探索研究启发，经济且品种繁多的非金属性光催化剂，如碳量子点，黑磷，石墨型氮化碳，正逐渐取代金属型光催化剂，特别是贵金属 Pt催化剂，其价格昂贵、储量稀少极大限制了氢能的利用。在上述非金属性的半导体材料中，具有大量裸露活性点、低电子传递阻力和宽太阳能光谱响应的催化剂是光催化分解水制氢的首选。在这种情况下，将半金属性(一种在费米能级处完全自旋极化的材料：多子是金属性的，少子是半导体性的)引入到非金属性的纳米板材料中即可满足上面的要求。半金属性，引入了自旋单重态和自旋三重态，既能促进快速电子转移又能有效促进电子空穴分离，非常有利于太阳能利用。更重要的是半金属性可以在纳米结构表面形成更多的活性位点。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种半金属性的氮化碳(C₄N₃)纳米板，与人工纳米管序列复合后用于光催化分解水制氢。本发明的另一目的是提供一种上述半金属性的氮化碳(C₄N₃)纳米板的制备方法。本发明还有一目的是提供一种上述半金属性的氮化碳(C₄N₃)纳米板的应用。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种半金属性的氮化碳纳米板，体相C₄N₃材料为板状，面尺寸为5-250μm，板厚度为0.7～1.1μm，具有多晶结构。

所述的半金属性的氮化碳纳米板的制备方法，步骤如下：

1)取1-丁基-3-甲基咪唑氯盐和三氰基甲烷化钾，溶于水中，氮气保护下边搅拌边反应；

2)反应混合物旋转真空蒸发去除溶剂；残余物溶于无水乙醇，离心分离去除不溶物，重复此操作，直至无固体不溶物；得到的淡黄色油状液体，真空干燥，获得油状前驱物；

3)取油状前驱物置于陶瓷舟中，陶瓷舟放置在水平管式炉中的小石英管中部；在距陶瓷舟旁放置干净的纳米多孔阳极氧化铝模板；氮气氛围下，热解处理，得半金属性C₄N₃纳米板/氧化铝模板微结构复合物。

步骤1)中，1-丁基-3-甲基咪唑氯盐和三氰基甲烷化钾的摩尔比为1∶0.9～1.2。

步骤1)中，水为二次蒸馏水，氮气保护下边搅拌边反应，室温下反应30min。

步骤2)中，反应混合物80℃下旋转真空蒸发去除溶剂。

步骤2)中，淡黄色油状液体60℃下真空干燥48h，获得油状前驱物。