[发明专利]一种碳桥连接石墨相氮化碳面内Melon纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳桥连接石墨相氮化碳面内Melon纳米材料及其制备方法，碳桥的引入提供了Melon之间电荷传输通道，降低了电荷传输阻力，提高了材料内部光生电荷利用率，实现了高效光催化产氢。在可见光激发下，引入碳桥使材料的光催化产氢性能相比不含碳桥的样品具有10倍以上的提升。本发明的优点是：1、本发明的催化剂能够大幅度提高材料内部光生电荷的利用效率，提高光催化性能；2、催化剂制备方法简单，成本低廉，满足扩大生产的要求，并且具有良好的光催化稳定性。

技术领域:

本发明涉及光催化领域，具体涉及一种碳桥连接石墨相氮化碳面内Melon纳米材料及其制备方法。

背景技术

g-C₃N₄作为一种有机高分子半导体材料，因其可见光活性、成本低、制备方法简单、稳定性好等优点受到广泛关注。不同方法制备的g-C₃N₄对其光催化活性有显著影响。当含氮前躯体经简单煅烧制备的g-C₃N₄由于不完全聚合和残留氨基，样品通常呈现草怕津基Melon(HM)结构，而这种结构通过氢键作用连接形成二维层状结构，在范德华力的作用下叠层形成最终的类石墨结构。但是，由于内层氢键和层间范德华相互作用的存在，不利于Melon结构或层间的载流子迁移，也就是说，大部分块体中产生的光生载流子不能到达表面完成氧化还原反应，从而大大限制了体相光生载流子的利用，导致光催化活性低。显然，改善HM结构之间的电荷运输/迁移是提高Melon光催化活性的关键。通常，提高g-C₃N₄的聚合度和结晶度有利于形成理想的二维类石墨结构，这类结构有利于电荷的迁移，但由于动力学能垒高，单纯的煅烧难以显著地提高g-C₃N₄的结晶度，因此，为了提高g-C₃N₄的结晶度，研究人员开发了一些其他的制备方法，例如，研究人员以泡沫镍为模板和催化剂制备了高结晶性g-C₃N₄，或者以预煅烧后的三聚氰胺为原料，采用熔盐法合成结晶态g-C₃N₄，具有较高的电荷输运能力和光催化活性，然而，这些方法存在不可控性，可能会导致一些杂质的引入，而这些杂质可能成为g-C₃N₄光催化过程中的电荷复合中心。进一步的研究表明，杂质元素通常取代七嗪环的C或N位，或与N原子配位，显然，在这些方法中，大多数方法在Melon结构的电荷传输方面的改进是有限的，也就是说，Melon结构之间的载流子传输困难的问题仍然没有有效解决。此外，这些制备方法的步骤繁琐，提高了催化剂制备成本，因此，在g-C₃N₄中构建一些新的载流子传输通道也是减少复合和提高光催化活性的有效途径。

发明内容

本发明目的在于提供一种通过多元有机酸构建石墨相氮化碳面内Melon之间碳桥连接的纳米材料及其制备方法。本发明的材料是采用多元有机酸作为碳桥源，通过三聚氰胺、三聚氰酸和多元有机酸组成的超分子前驱体热聚合制备，其合成方法简单，生产成本低廉、合成的产率较高，纯度也很高以及重复性好，满足扩大生产的要求。

一种碳桥连接石墨相氮化碳面内Melon纳米材料，通过多元有机酸作为碳桥源，实现石墨相氮化碳面内Melon之间碳桥连接。

一种碳桥连接石墨相氮化碳面内Melon纳米材料的制备方法，方法步骤为：

(1)称取1克三聚氰胺溶解在50-100毫升水中；

(2)称取1克三聚氰酸和10-100毫克多元有机酸溶解在100-150毫升水中；

(3)将(2)中的溶液添加到(1)中，然后，在室温情况下搅拌1-6小时，经过抽滤、水洗、干燥获得超分子前驱体；