[发明专利]一种富氮氮化碳纳米片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种富氮氮化碳纳米片及其制备方法，属于纳米材料学技术领域。本发明采用先复合后热处理再酸化的方式，制备出一种含氮量高于常规氮化碳的富氮氮化碳纳米片，再通过质子化的方式进行将块体材料剥离为二维片状材料。与现有成果相比较，本发明首先制备出含氮量较高的氮化碳纳米材料，表现出增强的光吸收和响应能力；其次将富氮氮化碳制备成片状的二维结构，在制备过程中，避免了氢氟酸的使用，因而更为安全，适用性更为广泛。且制备的富氮氮化碳纳米片尺寸较小，具有较大的比表面积和更好的催化性能，在催化、能源、有机发光、钙钛矿、太阳能电池、环境保护等领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种富氮氮化碳纳米片及其制备方法，属于纳米材料学技术领域。

背景技术

氮化碳是一种非常重要的无机纳米材料，在功能材料中有着重要的应用，而在其诸多结构中，类石墨烯氮化碳由于其独特的二维结构而受到广大科研工作者的关注，并将其应用于光催化、电极材料、气敏材料、超级电容器等方面。对于氮化碳纳米材料，光催化过程中产生的光生载流子会在其内部和表面进行较快的复合，进而影响光催化效率，一定程度上限制了其广泛应用。

目前，氮化碳材料通常是通过热聚合的方式获得，其前驱体通常为含氮有机物，如尿素、三聚氰胺、二氰二胺等，经500℃左右的高温热处理后，可以得到块状氮化碳，但由于其在热处理后导致的团聚使得该种氮化碳纳米材料的比表面积相对较小，催化活性较差。为了提升其性能，研究人员做了若干不同的尝试，近年来研究人员发现通过调节氮化碳材料中氮碳元素比例能够实现对可见光谱响应范围的调控，延长光生载流子寿命，进而改善材料的催化性能。澳大利亚阿德莱德大学Ajayan Vinu课题组通过分子筛硬模板，选用3-氨基-1,2,4-三氮唑(3-AT)为前驱体制备出介孔富氮氮化碳材料，其碳氮比例为3:5，并将其应用与气敏元器件组装及光催化产氢等领域，表现出良好的应用前景。通过该种方法制备的富氮氮化碳材料，虽然具有较好的性能，但硬模板限制的三维结构对其比表面积必定有着一定的影响。此外，主要通过硬模板法合成富氮氮化碳材料，在后续脱模版过程中会用到对人体毒害性非常大的氢氟酸，因而这种制备方法在实际应用中受到限制。

因此有必要探索一种新的制备方法，将富氮氮化碳材料制备成二维结构的富氮氮化碳材料，从而提升其性能并拓宽其应用。

发明内容

[技术问题]

通过硬模板法制备富氮氮化碳材料的方法，在后续脱模版过程中会用到对人体毒害性非常大的氢氟酸，且硬模板限制了氮氮化碳材料的三维结构，使其比表面积较小，性能有待进一步提升。

[技术方案]

针对上述问题，本发明提供了一种富氮氮化碳纳米片及其制备方法，本发明采用先复合后热处理再酸化的方式，制备出一种含氮量高于常规氮化碳的富氮氮化碳纳米片，通过质子化的方式进行将块体材料剥离为二维片状材料，避免了氢氟酸的使用，改良了上述缺陷。所制备的二维片状富氮氮化碳纳米片材料表现出增强的光催化活性，在催化、能源、有机发光、钙钛矿、太阳能电池、环境保护等领域具有潜在的应用价值。

本发明提供了一种制备富氮氮化碳纳米片的方法，所述方法的步骤如下：

(1)将氮化碳前驱体和铵盐混合，固相研磨均匀；

(2)将步骤(1)中研磨后的混合物进行热处理；

(3)将步骤(2)中热处理后的产物冷却至室温，研磨成粉末后加入到混酸溶液中，搅拌后加水稀释，洗涤至中性后离心、干燥，即得到富氮氮化碳纳米片。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述氮化碳前驱体为：尿素、硫脲、三聚氰胺、二氰二胺、3-氨基-1,2,4-三氮唑(3-AT)、5-氨基-1H-四唑(5-ATTZ)、密勒胺等含氮化合物中的一种或几种。