[发明专利]一种一维纳米结构的氮化碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米功能材料制备领域，具体涉及一种一维纳米结构的氮化碳材料及其制备方法和应用，具体为以天然管状粘土为模板，加入到密闭的容器中，抽真空至真空度为并保持；然后向密闭容器中注入富含碳氮原料的乙醇分散液，使管状粘土矿物表面和内径充满富含碳氮原料，干燥、煅烧后去除模板，得到核‑壳纳米结构的氮化碳材料；或在管状粘土矿物的内径充满富含碳氮原料，清洗去除管表面原料，然后煅烧得到管径内含有g‑C₃N₄复合材料，用酸去除管状粘土模板，得到棒状纳米结构的氮化碳材料。最终制得一维纳米g‑C₃N₄材料作为光催化脱硫剂展现出了优异的光催化性能。

技术领域

本发明属于纳米功能材料制备领域，具体涉及一种以天然管状硅酸盐粘土为模板制备一维纳米结构的氮化碳材料的方法。

背景技术

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种新型可见光响应的非金属基光催化材料，与传统的金属氧化物类催化剂相比，g-C₃N₄具有简便的制备工艺、不含金属元素、优异的热和化学稳定性等优点而被广泛用于催化领域。一般地，g-C₃N₄的形貌对其光催化性能影响较大。尤其是，一维纳米结构的g-C₃N₄有利于光生电子在g-C₃N₄纳米线中的轴向运动，有效促进光生电子-空穴的分离，从而提高光响应面积和光吸收率，为光生电子向目标物的传递提供有效途径，这有利于光催化性能的改善。

目前石墨相氮化碳的制备方法和结构有较多研究，其中，g-C₃N₄的介孔结构、中空结构、片状结构是主要研究热点，如：CN201811640311.9一种g-C₃N₄超薄纳米片的制备方法、CN201910141462.8一种中空管状g-C₃N₄光催化剂及制备方法及应用等。在已有的棒状g-C₃N₄的制备方法中，棒状氮化碳的尺寸很难控制成纳米级别，且粗细不均匀，棒状氮化碳分布杂乱无序，严重影响其应用。目前未有关于制备核壳g-C₃N₄和模板法制备纳米棒状氮化碳的报道和应用。

g-C₃N₄光催化剂在光解水制氢和有机污染物的降解等方面有广泛的应用前景。但关于g-C₃N₄在光催化在汽油中光催化脱硫的应用较少。在催化剂制备中，均需在g-C₃N₄中掺杂金属或非金属活性成分，得到复合催化剂，然后用于光催化剂降解，不仅工序复杂，而且成本高。

因此，如何采用简单工艺、低成本地制备一维g-C₃N₄材料汽油脱硫光催化成为研究热点。

发明内容

本发明提供了一种以天然管状粘土为模板制备一维纳米结构的g-C₃N₄材料的方法。

目的一、提供一种一维核-壳纳米氮化碳材料：以天然管状硅酸盐粘土为模板，在管状粘土矿物表面和内径充满富含碳氮原料，干燥、煅烧后得到管状粘土的外表面、管径均含有g-C₃N₄复合材料，去除管状粘土模板，得到核-壳纳米结构的氮化碳材料。

目的二、提供一种一维棒状结构的氮化碳：以天然管状硅酸盐粘土为模板，在管状粘土矿物的内径充满富含碳氮原料，清洗去除管外表面原料，然后煅烧得到粘土管径内含有g-C₃N₄复合材料，用酸去除管状粘土模板，得到棒状纳米结构的氮化碳材料。

为了达到上述目的，本发明采用的具体制备步骤为：