[发明专利]一种新型石墨相氮化碳聚合物材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种新型石墨相氮化碳聚合物材料及其制备方法和应用，属于功能材料技术领域。所述的氮化碳材料为层状结构，具有良好的结晶性，化学式为g‑C₃N₃，所述聚合物材料可通过化学或机械方法剥离成单层或少层的二维材料。所述石墨相氮化碳聚合物的制备方法为：惰性气体保护或空气下，将适量单体作为反应物，剪取适量大小的金属片，用水和有机溶剂超声清洗后干燥，加入到反应器中，金属片合适放置，加热到180～300℃并保持不超过48h，冷却降温后，金属片表面上负载的片状物即为CN聚合物。该制备方法步骤简单，产量高，原料价格便宜。另外，该材料可用于电催化析氢，光电催化析氢，光解水产氢产氧，污染物分解等多种用途。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种新型石墨相氮化碳聚合物材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚合物半导体石墨相氮化碳(g-C₃N₄)，因其独特的半导体能带结构和优异的化学稳定性，作为一种不含金属组分的可见光光催化剂被引入到光催化领域，用于光解水产氢产氧、光催化有机选择性合成、光催化降解有机污染物等，引起人们的广泛关注。然而，将g-C₃N₄作为光催化剂还存在一些问题，如比表面积小、产生光生载流子的激子结合能高、光生电子-空穴复合严重、量子效率低和禁带宽度较大而不能有效利用太阳光等，严重制约其在能源、环境光电催化领域的大规模推广应用。

因此，如何改进制作工艺以合成新型氮化碳材料来提高其在光电催化领域的性能成为科研人员的一大热门课题。

发明内容

针对现有技术存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种新型石墨相氮化碳聚合物材料及其制备方法和应用。本发明制备的新型石墨相氮化碳聚合物材料可用于电催化析氢、光电催化析氢，光解水产氢产氧、光催化降解污染物分解等。

为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用的技术方案如下：

一种新型石墨相氮化碳聚合物材料，所述氮化碳聚合物材料为层状结构，具有良好的结晶性，化学式为g-C₃N₃，所述氮化碳聚合物材料可通过化学或机械方法剥离成单层或少层的二维材料，所述单层结构的结构单元如式一所示，其中：虚线为结构单元之间的连接键。

本发明的第二个目的在于提供上述所述新型石墨相氮化碳聚合物材料的制备方法，是将反应单体在金属催化剂作用下，于180～300℃恒温条件下通过聚合反应得到。所述方法具体步骤如下：

将适量反应单体和洁净干燥的金属片先后加入到反应器中，然后将所述反应器密封，转移至加热设备中加热至180～300℃，并在180～300℃条件下恒温反应不超过48h，反应结束后，冷却降温，取出金属片，所述金属片表面上负载的类片状物即为本发明所述的新型石墨相氮化碳聚合物材料。

具体地，本发明的上述反应可以在惰性气体保护下进行或者直接在空气下进行。

进一步地，上述技术方案，所述惰性气体为氮气、氩气或二氧化碳中的任一种。

进一步地，上述技术方案，所述反应单体可以为三聚氯氰、三聚氟氰、2,4,6-三溴-1,3,5-三嗪、2,4,6-三碘-1,3,5-三嗪中的任一种；所述反应单体结构通式如式二所示，其中，取代基X代表Cl、F、Br、I中的任一种。

进一步地，上述技术方案，所述金属片为纯铜片、纯锌片或铜合金、锌合金片中的任一种。

进一步地，上述技术方案，所述金属片尺寸没有限制，可不作具体限定，只要不影响反应进行即可。

较优选地，上述技术方案，所述金属片厚度为0.01mm～1mm。