[发明专利]一种剥层的氮化碳材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种剥层的氮化碳纳米片状材料的制备方法。将g‑C₃N₄分散在甲酸溶剂中，置于可透光合成釜中，密闭，避光，之后通入的O₂，在20～40℃下搅拌1～60h，然后暴露在250～780nm光照下，光照1～180h。反应结束后将沉淀物分离、洗涤、干燥制得剥层的氮化碳纳米片状材料。该材料比表面积在18～313m²/g之间，为层状结构，在催化、有机光电转化和传感器等领域具有潜在应用。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，具体涉及到一种剥层的氮化碳纳米片状材料的制备方法。

背景技术

碳和氮元素广泛存在自然界中，氮化碳材料在催化，电极，传感器，锂电池电极材料中有重要的用途。对于氮化碳材料而言常见的化合物是石墨相的氮化碳(g-C₃N₄)，其实g-C₃N₄是一个很复杂的体系，其元素组成上除了碳和氮元素，还有很多氢或氧元素存在。相比较比表面积较低(＜10m²/g)，块体较大的g-C₃N₄，在一些情况下不同元素掺杂的或者结构调变的g-C₃N₄能在光催化选择性氧化反应中表现出更加优异的性能。

目前从块状g-C₃N₄出发，制备片状纳米g-C₃N₄的材料的合成有以下几个方面：Q.Zhang等人(Chem.Commun.,2017,53,9430-9433.)采用固相高温合成的方法，通过进一步焙烧块状的g-C₃N₄得到高比表的片状g-C₃N₄材料。该方法在合成过程中需要经历高温固相反应。S.Kang等人(Green Chem.,2018,20,1354-1361.)通过在块状的g-C₃N₄引入NaClO长时间高温晶化处理得到片状高比表的g-C₃N₄材料。其中是利用NaClO的强氧化能力氧化了氮化碳骨架上的氮原子，对块状的g-C₃N₄材料进行剥层。T.Mu等人(Green Chem.,2017,19,5041-5045.)利用和块状的g-C₃N₄比表面能接近的γ-戊内脂长时间超声得到高比表的片状g-C₃N₄材料。类似长时间超声方法，还有以强酸或混合酸为溶剂的制备方法(Appli.Catal.B:Environ.2017,217,629–636.)。

相关研究发现片状或者是剥层的g-C₃N₄在光催化选择性氧化反应中有很好的优势，但是合成的方法多是固相高温反应，或者是在高温水热部分氧化还原或者利用强酸和醇长时间超声，而且其产率较低或者超声时间长，合成过程消耗的能量巨大，因此急需开发一种绿色的剥层的g-C₃N₄的制备方法。根据之前的文献报道(Angew.Chem.Int.Ed.2017,27,3992-3996)，在水汽条件和加热条件下，利用产生的氮氧化合物和碳氧化合物气体来剥层，所以可以利用反应中生成的气体对体相的g-C₃N₄实现剥层。而且在有还原剂或者氧化剂存在的情况下，可以在块状的g-C₃N₄上制造空位，破坏层间重复结构，实现剥层。

材料结构决定了材料的性能，因此，开发一种可靠的，结构可控一种氮化碳纳米片状材料的合成方法具有重要的意义。本文中光辅助方法制备出的氮化碳纳米片状材料因为其独特的结构，可能在作为催化，有机光电材料和传感器等领域具有潜在的应用。

发明内容