本發(fā)明涉及微納材料、光催化降解有機(jī)污染物及光解水制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種單分散結(jié)構(gòu)g-C₃N₄納米片及其制備方法。

背景技術(shù)：

石墨相結(jié)構(gòu)g-C₃N₄自被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，因其制備工藝簡(jiǎn)單、原料易得、成本低廉而廣泛收到關(guān)注。作為一種半導(dǎo)體材料，納米g-C₃N₄在光催化降解有機(jī)物、光解水制氫和CO₂還原等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

納米g-C₃N₄具有類石墨的片層結(jié)構(gòu)，如何制備出具有單分散的g-C₃N₄納米片是眾多學(xué)者所關(guān)注的問(wèn)題?，F(xiàn)有制備g-C₃N₄的主流方法為熱解有機(jī)物法，即通過(guò)有機(jī)物前驅(qū)體(包括尿素、硫脲、三聚氰胺、雙氰胺和氰胺)自身的縮聚過(guò)程制備g-C₃N₄，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，該方法制備的g-C₃N₄粉體團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重，縮聚過(guò)程中形成大的團(tuán)聚顆粒，從而嚴(yán)重影響到其比表面積和光催化活性。

目前在物理超聲法、化學(xué)法剝離g-C₃N₄方面有大量的研究，經(jīng)過(guò)剝片的g-C₃N₄顯示出更高的比表面積和光催化活性。但液相法剝離存在時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)率低的問(wèn)題，只有很少的一部分粉體能夠被剝離至超細(xì)的納米結(jié)構(gòu)，而且這種超細(xì)粉在液相中也很難被分離出來(lái)獲得干燥的粉體。因此如何宏量獲得單分散結(jié)構(gòu)g-C₃N₄納米片仍然是目前研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于：提供一種單分散結(jié)構(gòu)g-C₃N₄納米片及其制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種單分散結(jié)構(gòu)g-C₃N₄納米片，所述的g-C₃N₄納米片的尺寸為10-50nm，顆粒分布均勻，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象。

優(yōu)選地，一種單分散結(jié)構(gòu)g-C₃N₄納米片的制備方法，采用水蒸汽氣氛條件下的二次煅燒法制備。

優(yōu)選地，所述的單分散結(jié)構(gòu)g-C₃N₄納米片的制備方法，具體步驟如下：

(1)一次煅燒：以含氮基團(tuán)有機(jī)物為原料，將原料置于燒舟中，然后將燒舟置于馬弗爐中，在空氣中煅燒獲得g-C₃N₄粗粉；

(2)二次煅燒：以步驟(1)中的g-C₃N₄粗粉為原料，將原料置于燒舟中，然后將燒舟置于密封性管式爐中，以惰性氣體為載流氣，將惰性氣體通過(guò)蒸餾水后再進(jìn)入密封性管式爐中煅燒，獲得單分散結(jié)構(gòu)g-C₃N₄納米片。

優(yōu)選地，步驟(1)中含氮基團(tuán)有機(jī)物原料為尿素、硫脲、三聚氰胺、雙氰胺、氰胺中的一種或幾種的混合物。

優(yōu)選地，步驟(1)中煅燒溫度為500-550℃，時(shí)間為2-5h。

優(yōu)選地，步驟(2)中的煅燒溫度為300-700℃，時(shí)間為2-6h。

優(yōu)選地，步驟(2)中惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種單分散結(jié)構(gòu)g-C₃N₄納米片及其制備方法，其有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明制備而成的g-C₃N₄納米片具有單分散結(jié)構(gòu)，顆粒分布均勻，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，比表面積大，表面活性高；

2、本發(fā)明相比常用的超聲、化學(xué)法剝片，采用水蒸汽氣氛條件下的二次煅燒，不涉及溶液化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)率大，能夠?qū)崿F(xiàn)g-C₃N₄納米片的宏量制備。

附圖說(shuō)明

圖1為g-C₃N₄粗粉(a)和單分散g-C₃N₄納米片(b)的XRD譜圖；

圖2為g-C₃N₄粗粉的透射電子顯微照片；

圖3為單分散g-C₃N₄納米片的透射電子顯微照片。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，需要說(shuō)明的是，僅僅是對(duì)本發(fā)明構(gòu)思所做的舉例和說(shuō)明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)視為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

一種單分散結(jié)構(gòu)g-C₃N₄納米片及其制備方法，具體步驟如下：

(1)一次煅燒：以三聚氰胺為原料，將原料置于燒舟中，然后將燒舟置于馬弗爐中，在空氣中550℃煅燒4h，獲得g-C₃N₄粗粉；

步驟(1)所獲得的g-C₃N₄粗粉形貌如圖2所示，主要為尺寸為微米級(jí)的團(tuán)聚粉體。

(2)二次煅燒：以步驟(1)中的g-C₃N₄粗粉為原料，將原料置于燒舟中，然后將燒舟置于密封性管式爐中，以氮?dú)鉃檩d流氣，將氮?dú)馔ㄟ^(guò)蒸餾水后再進(jìn)入密封性管式爐內(nèi)在500℃下煅燒2h，獲得單分散結(jié)構(gòu)g-C₃N₄納米片。

步驟(2)所獲得的g-C₃N₄納米片形貌如圖3所示，主要為尺寸為30nm左右的納米片，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象。

本實(shí)施例制備的g-C₃N₄納米片比表面積為211m²·g^-1，具有很強(qiáng)的光催化能力，可見(jiàn)光條件下可在10min內(nèi)實(shí)現(xiàn)20mg/L羅丹明B的完全降解，相同條件下g-C₃N₄粗粉的降解率僅為18％。可見(jiàn)光條件下光解水制氫效率為1160μmol·g^-1·h^-1，相同條件下g-C₃N₄粗粉的制氫效率僅為350μmol·g^-1·h^-1。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟(1)中的三聚氰胺修改為尿素。

本實(shí)施例制備的g-C₃N₄納米片比表面積為206m²·g^-1，具有很強(qiáng)的光催化能力，可見(jiàn)光條件下可在10min內(nèi)實(shí)現(xiàn)20mg/L羅丹明B的完全降解，光解水制氫效率為1157μmol·g^-1·h^-1。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟(1)中的三聚氰胺修改為雙氰胺。

本實(shí)施例制備的g-C₃N₄納米片比表面積為220m²·g^-1，具有很強(qiáng)的光催化能力，可見(jiàn)光條件下可在10min內(nèi)實(shí)現(xiàn)20mg/L羅丹明B的完全降解，光解水制氫效率為1162μmol·g^-1·h^-1。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟(2)中的煅燒溫度為400℃。

本實(shí)施例制備的g-C₃N₄納米片比表面積為196m²·g^-1，具有很強(qiáng)的光催化能力，可見(jiàn)光條件下可在10min內(nèi)實(shí)現(xiàn)20mg/L羅丹明B的完全降解，光解水制氫效率為1122μmol·g^-1·h^-1。

實(shí)施例5

本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟(2)中的煅燒溫度為600℃。

本實(shí)施例制備的g-C₃N₄納米片比表面積為232m²·g^-1，具有很強(qiáng)的光催化能力，可見(jiàn)光條件下可在10min內(nèi)實(shí)現(xiàn)20mg/L羅丹明B的完全降解，光解水制氫效率為1164μmol·g^-1·h^-1。

實(shí)施例6

本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟(2)中的煅燒時(shí)間為4h。

本實(shí)施例制備的g-C₃N₄納米片比表面積為234m²·g^-1，具有很強(qiáng)的光催化能力，可見(jiàn)光條件下可在10min內(nèi)實(shí)現(xiàn)20mg/L羅丹明B的完全降解，光解水制氫效率為1214μmol·g^-1·h^-1。