一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114671417A(43)申请公布日2022.06.28(21)申请号202210449645.8(22)申请日2022.04.26(71)申请人山西大学地址030006山西省太原市坞城路92号(72)发明人杨朋举杨志东张红霞赵江红(74)专利代理机构太原申立德知识产权代理事务所(特殊普通合伙)14115专利代理师王芳(51)Int.Cl.C01B21/082(2006.01)C01B3/04(2006.01)B01J27/24(2006.01)B01J27/20(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法及其应用(57)摘要本发明公开了一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法及其应用，属于纳米材料制备技术领域。本发明以三聚氰胺为原料，进行高温煅烧聚合，得到黄色氮化碳中间体材料；再将氮化碳中间体材料置于管式炉中，并通入小分子有机酸蒸汽和氩气的混合气，进行高温热处理，降温后即制得高比表面积氮空位型氮化碳。本发明合成的高比表面积氮空位型氮化碳纳米片的收率高，合成过程简单、条件温和，成本低，容易实现规模化制备；合成过程只需要廉价的三聚氰胺和乳酸、甲酸为原料，且不需要特殊的处理设备；制备的氮化碳纳米片比表面积大，并且在合成纳米片的过程中引入大量的氮缺陷有利于提升电子和空穴的分离，从而有效提高光催化性能。CN114671417ACN114671417A权利要求书1/1页1.一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，以三聚氰胺为原料，进行高温煅烧聚合，得到黄色氮化碳中间体材料；步骤2，将步骤1得到的氮化碳中间体材料置于管式炉中，并通入小分子有机酸蒸汽和氩气的混合气，进行高温热处理，降温后即制得高比表面积氮空位型氮化碳。2.根据权利要求1所述一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法，其特征在于：步骤1中高温煅烧聚合的温度为550℃。3.根据权利要求1所述一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法，其特征在于：步骤1中高温煅烧聚合的恒温时间3h。4.根据权利要求1所述一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法，其特征在于：步骤2中小分子有机酸为乳酸、甲酸。5.根据权利要求1所述一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法，其特征在于：步骤2中高温热处理的温度为100℃～600℃，高温热处理的时间为0.5h～6h。6.根据权利要求1所述一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法，其特征在于：步骤2中高温热处理过程中反应升温速率为1℃/min～20℃/min。7.根据权利要求1所述一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法，其特征在于：步骤2中小分子有机酸蒸汽的泵入量为0.1～20mL/h；氩气的流速为10～200mL/min。8.根据权利要求1所述一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法，其特征在于：步骤2中小分子有机酸蒸汽与氩气的体积比为1/10000～1/10。9.根据权利要求1～8中任一项所述的制备方法制得的高比表面积氮空位型氮化碳的应用，其特征在于：所述的高比表面积氮空位型氮化碳应用于可见光下光催化二氧化碳还原以及分解水制氢，具有优异的光催化性能。2CN114671417A说明书1/5页一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法及其应用技术领域[0001]本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法及其应用。背景技术[0002]氮化碳由于其独特的电子结构、良好的热稳定性以及制备简单、原料丰富等优点在光催化领域备受关注。自从Wang首次发现氮化碳光催化制氢以来(Nat.Mater.,2009,8,76–80)，由于其在太阳能转化和化学品合成方面的巨大潜力，已经在开发基于氮化碳的光催化剂方面做了相当大的努力。不幸的是，直接高温热缩聚合成的氮化碳，由于其低的比表面积、快速的光生电荷载流子复合以及弱的底物分子吸附、活化性能，极大地限制了这类材料在光催化太阳能转化方面的应用。为了克服以上存在问题，各种策略被用于氮化碳性能改进，例如杂原子掺杂、构建异质结和纳米结构设计已被开发以改善氮化碳的电子性质和催化性能。其中，空位/缺陷工程被认为是提高氮化碳光催化性能的有效方法。例如，Zhang和同事报道，氮空位改性氮化碳可以改善电荷载流子分离，因此改性后的氮化碳光催化制氢能力明显增强(Adv.Mater.,2017,29,1605148)。我们课题组制备了一种碳空位修饰的氮化碳光催化剂，并发现碳空位可以促进CO2活化，同时稳定COOH*中间体，从而提高CO2还原反应动力学(Angew.Chem.Int.Ed.,2019,58,1134‑1137)。尽管在氮化碳空位/缺陷的设计和构建方面取得了很大进展，