本發(fā)明涉及納米材料、光分解水制氫
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種富碳g-c3n4納米片及其制備方法。
背景技術(shù)：
：氮化碳由于可以彌補碳材料中很多不足，因此被認為是一種可以取代碳材料的新材料。而在不同氮化碳的結(jié)構(gòu)中，石墨相氮化碳(g-c3n4)被認為是最穩(wěn)定的一種結(jié)構(gòu)。且因原料來源廣泛，制備方法簡單，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及優(yōu)良的半導(dǎo)體性質(zhì)，在光催化降解污染物，光催化合成有機化合物以及光催化分解水制氫方面有廣闊的應(yīng)用前景。g-c3n4納米光催化劑的禁帶寬度約為2.7ev，其中導(dǎo)帶和價帶分別位于-1.42ev和+1.28ev，在太陽能利用方面有很大的潛力。但在如何提高g-c3n4對可見光的利用率方面仍是許多學(xué)者關(guān)注的熱點。傳統(tǒng)的熱縮聚方法制備得到的g-c3n4，團聚現(xiàn)象嚴重，且在催化降解有機污染物和光解水制氫氣過程中，光生電子和空穴的復(fù)合幾率高，極大地降低了光解水的效率。通過摻雜的方法，將外來元素者或離子引入到g-c3n4的結(jié)構(gòu)中，從而改變g-c3n4的能帶結(jié)構(gòu)，提高光生電子和空穴的分離效率，從而提高g-c3n4的光催化活性。目前主要采用金屬元素或非金屬元素摻雜對g-c3n4進行改性。摻雜之后的g-c3n4表現(xiàn)出更高的光催化活性。但通過引入外來原子或離子制備得到g-c3n4光催化劑，一方面實驗操作比較復(fù)雜，過程較為繁瑣，另一方面，外來原子或離子的引入到g-c3n4成功率較低，且會破壞g-c3n4自身的結(jié)構(gòu)。因此如何通過簡單有效的方法，制得具有富碳g-c3n4納米片仍是目前研究的重點內(nèi)容。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對以上問題，本發(fā)明的目的在于：提供一種富碳g-c3n4納米片及其制備方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種富碳g-c3n4納米片，其特征在于：為高度分散的納米片結(jié)構(gòu)，其c/n比在0.82-0.96之間。優(yōu)選地，一種富碳g-c3n4納米片的制備方法，以能通過聚合作用生成含三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物為原料，采用不同濃度的乙醇水溶液作為碳源，二次熱氧化得到富碳g-c3n4納米片。優(yōu)選地，所述的富碳g-c3n4納米片的制備方法，具體步驟如下：(1)一次熱氧化：以能通過聚合作用生成含三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物為原料，將原料置于燒舟之中，在馬弗爐里直接煅燒，隨爐冷卻至室溫，獲得g-c3n4粗粉；(2)二次熱氧化：以步驟(1)中所獲得的g-c3n4粗粉為原料，將原料置于燒舟中，將燒舟置于密閉管式爐中，以惰性氣體為載流氣，將惰性氣體通過不同濃度的乙醇水溶液后通入管式爐中進行不同溫度的處理，獲得富碳的g-c3n4納米片。優(yōu)選地，步驟(1)中通過聚合作用生成三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物原料為尿素，氰氨，雙氰氨，三聚氰胺中的一種或多種的混合物。優(yōu)選地，步驟(1)中煅燒溫度為500-550℃，時間為3-6h。優(yōu)選地，步驟(2)中的煅燒溫度為400-600℃，時間為2-6h。優(yōu)選地，步驟(2)中不同濃度的乙醇水溶液的濃度范圍為1-10％。優(yōu)選地，步驟(2)中的惰性氣體為氬氣或氮氣。與現(xiàn)有的工藝相比，本發(fā)明的一種富碳g-c3n4納米片及其制備方法，其優(yōu)越性體現(xiàn)在：1、本發(fā)明制備的合成的富碳g-c3n4納米片實驗操作簡單，不涉及液相法過程的清洗、分離、干燥等過程，產(chǎn)率高，單分散性好。得到的g-c3n4納米片比表面積較大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，光催化效率高；2、本發(fā)明相較于普遍的引入外來原子或離子進行摻雜，以乙醇作為碳源，c自摻雜的g-c3n4可以吸收更多的太陽光，獲得的富碳g-c3n4納米片具有更低的光生電子和空穴的復(fù)合幾率，光解水制氫的產(chǎn)量更高。附圖說明圖1為g-c3n4粗粉的透射電子顯微照片；圖2為乙醇濃度為10％時，富碳g-c3n4納米片的透射電子顯微照片；圖3為g-c3n4粗粉和富碳g-c3n4納米片的制氫產(chǎn)量對比圖。具體實施方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，需要說明的是，僅僅是對本發(fā)明構(gòu)思所做的舉例和說明，所屬本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補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)明的保護范圍。實施例1一種富碳g-c3n4納米片及其制備方法，具體步驟如下：(1)一次熱氧化：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℃保溫4h，獲得g-c3n4粗粉；(2)二次熱氧化：以步驟(1)中的g-c3n4粗粉為原料，將原料置于燒舟之中，放入密閉的管式爐中，以氮氣為載流氣，將氮氣通過濃度為5％的乙醇溶液中再通入密閉的管式爐中，然后在500℃下保溫2h，獲得富碳的g-c3n4納米片。本實施方案制備的富碳g-c3n4納米片碳氮比為0.90，且得到超薄的g-c3n4納米片，具有很高的光催化活性，可見光條件下可在25min內(nèi)實現(xiàn)40mg/l羅丹明b的完全降解，相同條件下，原始g-c3n4的降解率僅為20％。與此同時，這種富碳g-c3n4納米片光解水制氫氣的效率為1688.15μmol·g-1·h-1，而相同條件下，原始g-c3n4的制氫效率僅為184.96μmol·g-1·h-1。實施例2本實施例中富碳g-c3n4納米片的制備方法同實施例1，不同的是步驟(1)中的三聚氰胺修改為硫脲。本實施例制備的富碳g-c3n4納米片碳氮比為0.88，形貌為片狀的g-c3n4納米片，具有較高的光催化活性，可見光條件下可在25min內(nèi)實現(xiàn)40mg/l羅丹明b完全降解，光解水制氫的效率為1576.43μmol·g-1·h-1。實施例3本實施例中富碳g-c3n4納米片的制備方法同實施例1，不同的是步驟(1)中的三聚氰胺改為氰氨。本實施例制備的富碳g-c3n4納米片碳氮比為0.92，形貌為片狀的g-c3n4納米片，具有較高的光催化活性，可見光條件下可在25min內(nèi)實現(xiàn)40mg/ml羅丹明b完全降解，光解水制氫效率為1584.43μmol·g-1·h-1。實施例4本實施例中富碳g-c3n4納米片的制備方法同實施例1，不同的是步驟(2)中的二次熱氧化溫度為450℃。本實施例制備的富碳g-c3n4納米片碳氮比為0.83，形貌為片狀的g-c3n4納米片，具有較高的光催化活性，可見光條件下可在30min內(nèi)實現(xiàn)40mg/ml羅丹明b完全降解，光解水制氫效率為1254.38μmol·g-1·h-1。實施例5本實施例中富碳g-c3n4納米片的制備方法同實施例1，不同的是步驟(2)中的二次熱氧化溫度為600℃。本實施例制備的富碳g-c3n4納米片碳氮比為0.89，形貌為片狀的g-c3n4納米片，具有較高的光催化活性，可見光條件下可在20min內(nèi)實現(xiàn)40mg/ml羅丹明b完全降解，光解水制氫效率為1589.65μmol·g-1·h-1。實施例6本實施例中富碳g-c3n4納米片的制備方法同實施例1，不同的是步驟(2)中的乙醇濃度為1％。本實施例制備的富碳g-c3n4納米片碳氮比為0.91，形貌為片狀的g-c3n4納米片，具有較高的光催化活性，可見光條件下可在25min內(nèi)實現(xiàn)40mg/ml羅丹明b完全降解，光解水制氫效率為1515.40μmol·g-1·h-1。實施例7本實施例中富碳g-c3n4納米片的制備方法同實施例1，不同的是步驟(2)中的乙醇濃度為10％。本實施例制備的富碳g-c3n4納米片碳氮比為0.96，形貌為片狀的g-c3n4納米片，具有較高的光催化活性，可見光條件下可在30min內(nèi)實現(xiàn)40mg/ml羅丹明b完全降解，光解水制氫效率為1687.53μmol·g-1·h-1。實施例8本實施例中富碳g-c3n4納米片的制備方法同實施例1，不同的是步驟(2)中的保溫時間為1h。本實施例制備的富碳g-c3n4納米片碳氮比為0.85，形貌為片狀的g-c3n4納米片，具有較高的光催化活性，可見光條件下可在30min內(nèi)實現(xiàn)40mg/ml羅丹明b完全降解，光解水制氫效率為1428.96μmol·g-1·h-1。實施例9本實施例中富碳g-c3n4納米片的制備方法同實施例1，不同的是步驟(2)中的保溫時間為4h。本實施例制備的富碳g-c3n4納米片碳氮比為0.82，形貌為片狀的g-c3n4納米片，具有較高的光催化活性，可見光條件下可在30min內(nèi)實現(xiàn)40mg/ml羅丹明b完全降解，光解水制氫效率為1735.28μmol·g-1·h-1。實施例10計算原始g-c3n4以及實施例6和實施例7制備得到的富碳g-c3n4納米片中c/n的比例如下表1所示：表1計算得到的原始g-c3n4和富碳g-c3n4納米片的c/n的比例對比表項目c(％)n(％)c/nbulkg-c3n441.9655.780.75g-c3n4(1％c2h5oh)46.2950.940.91g-c3n4(10％c2h5oh)47.6849.910.96從表1中可以看出：隨著乙醇的加入，g-c3n4納米片的碳氮比有了明顯的提高，當乙醇水溶液的濃度為1％時，其二次熱氧化得到的富碳g-c3n4納米片的c/n值為0.91，與原始g-c3n4相比提高了0.16，隨著乙醇濃度的升高，二次熱氧化得到的g-c3n4納米片中的c/n的比例也隨著提高,當乙醇水溶液的濃度為10％時，其c/n增加至0.96。當前第1頁12