[发明专利]一种六棱管状氮化碳及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种六棱管状氮化碳及其制备方法和应用，制备方法为：将含氮有机前驱体升温至450～600℃进行煅烧，得到块状氮化碳；将块状氮化碳分散于水，在150～200℃进行水热反应，得到絮状物；将絮状物升温至450~750℃进行煅烧，得到六棱管状氮化碳。本发明方法简单易行，且价格低廉，重复性好，对于管状材料的合成极具启发意义。本发明所得六棱管状氮化碳形貌特殊，极具创新性，且尺寸分布均匀，与传统的二维形貌例如氮化碳纳米片相比具有更高的比表面积，有利于提供更多的活性位点提高反应活性。在可见光光催化产氢方面，其较为优异的光催化性质也是普通片状氮化碳所不能企及的。

技术领域

本发明涉及一种特殊微观形貌的氮化碳，具体涉及一种六棱管状氮化碳及其制备方法，还涉及该六棱管状氮化碳作为可见光光催化产氢催化剂的应用，属于半导体材料及其制备技术领域。

背景技术

氮化碳作为一种有机半导体，由于其具有较为合适的带隙结构（～2.7eV），因此是一种极为优异的光催化剂。近些年来，人们不断地对其进行改性，包括离子掺杂，异质结，改变形貌等方式。对比一系列文献可以发现，管状氮化碳材料具有最为优异的可见光光催化产氢性质。这主要是由于管状形貌的存在有利于电子沿着管轴方向发生移动，从而加速电子-空穴的分离。然而，人们对管状氮化碳的合成大多局限于模板法，如若模板清除不完全，极易对氮化碳的性质产生巨大影响。由此，人们探索了一系列的方法对其进行改进，如软模板法等等。然而对于非模板法仍是难以实现的方法，尤其是通过非模板法来精确合成均匀的管状氮化碳，这更是难上加难。

专利201810195607.8 公开了一种钴离子掺杂的氮化碳空心四棱柱，制备方法是：将含氮有机前驱体、二价钴盐、水配成溶液，将溶液加热沸腾，然后冷却降温析晶，将所得结晶煅烧，得到。该方法采用非模板法制备氮化碳，通过离子诱导实现形貌，所得氮化碳为中空的四棱柱状，横截面为四边形。

专利CN201610219084.7公开了 一种氮化碳纳米管，制备方法是：将尿素与碳酸氢钠按摩尔比制成尿素溶液，然后降温使溶液整体冷冻，得到均匀的白色块状固体；再将白色块状固体迅速转移至真空冷冻干燥器中，在真空度≤20Pa，冷冻温度≤-50℃条件下冷冻干燥，然后在氮气气氛炉中煅烧得到。该方法采用软模板方法制备氮化碳，通过碳酸氢钠分解产生的CO₂实现纳米管形貌，所得纳米管为中空管状，横截面为圆形或类圆形。

发明内容

目前，还未见六棱管状氮化碳的相关报道，本发明的目的就是提供一种六棱管状氮化碳，以扩大氮化碳的微观形貌，该特殊形貌的氮化碳尺寸分布均匀，形貌可重复性好，具有优异的可见光光催化产氢性质。

本发明的另一目的是提供该六棱管状氮化碳的制备方法及应用，该方法操作过程简单，成本低，可重复性好，便于工业化生产，所得产品尺寸均匀、比表面积大，具有优异的可见光光催化产氢性质，可以作为可见光光催化产氢催化剂。

本发明具体技术方案如下：

一种六棱管状氮化碳，其有效成分为氮化碳，其形貌为六棱管状，也可以称之为中空的六棱柱状，该六棱管的外壁（也称外侧壁）横截面和内壁（也称内侧壁）横截面均为六边形。

进一步的，上述六棱管状氮化碳的长度为50~70μm，内壁横截面的边长为400~600nm，壁厚为100~200 nm。

本发明还提供了上述六棱管状氮化碳的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将含氮有机前驱体升温至450～600℃进行煅烧，得到块状氮化碳；

（2）将块状氮化碳分散于水，在150～200℃进行水热反应，得到絮状物；

（3）将絮状物升温至450~750℃进行煅烧，得到六棱管状氮化碳。