CN108273541A - 一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法和应用 - Google Patents
一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108273541A CN108273541A CN201810223189.9A CN201810223189A CN108273541A CN 108273541 A CN108273541 A CN 108273541A CN 201810223189 A CN201810223189 A CN 201810223189A CN 108273541 A CN108273541 A CN 108273541A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase carbon
- graphite phase
- carbon nitride
- nanometer sheet
- nitride nanometer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 119
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 116
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 116
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 97
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- -1 carbon nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 26
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 12
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 12
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 claims description 2
- 239000012265 solid product Substances 0.000 claims description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 11
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 116
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 6
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 5
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 3
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 238000004847 absorption spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000001193 catalytic steam reforming Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000003426 co-catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000000138 intercalating agent Substances 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
- B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0201—Impregnation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
- B01J37/341—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
- B01J37/344—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
- C01B3/042—Decomposition of water
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法和应用。该方法以层状石墨相氮化碳材料为原料,通过在石墨相氮化碳表面修饰Pt纳米颗粒,得到Pt/石墨相氮化碳;将Pt/氮化碳置于管式炉中,并通入高温水蒸汽处理,即可得到石墨相氮化碳纳米片。本发明提供的制备方法,过程简单,条件温和可控,石墨相氮化碳纳米片收率高。所得石墨相氮化碳纳米片比表面积显著增大,电荷分离显著提升,具有良好的光催化性能。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域,具体涉及一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法和应用。
背景技术
氮化碳有五种同素异形体,即α 相、β 相、立方相、准立方相和石墨相,其中石墨相结构最为稳定。石墨相氮化碳以其良好的化学稳定性、合适的能带结构、结构可控、合成简单等特性在光催化污染物降解、光解水制氢、光催化有机合成、光催化二氧化碳还原等研究领域已经得到了广泛地应用。最近,石墨相氮化碳在太阳能电池、燃料电池、热催化、生物医学等方面也逐渐得到应用。然而,石墨相氮化碳作为光催化剂还存在一些问题,如比表面积小、激子结合能高、对可见光响应有限等。针对上述这些问题,研究人员从优化合成方法、和其它半导体复合改性、掺杂改性、助催化剂修饰、结构纳米化等方面调控石墨相氮化碳的理化性质,不同程度的都提高了石墨相氮化碳的光催化性能。
与体相结构的相比,经过结构纳米化的石墨相氮化碳光催化剂比表面积显著增大,其光催化性能明显改善。目前,研究人员已经合成得到一系列具有特殊形貌结构的石墨相氮化碳,如石墨相氮化碳纳米棒、石墨相氮化碳纳米管等,有效推动了石墨相氮化碳光催化剂材料的发展。由于石墨相氮化碳具有类石墨层状结构,因此将其薄层化也可以有效增加其比表面积,从而改善其光催化活性。目前主要的剥离方法有液相剥离和热剥离。热剥离法是将石墨相氮化碳在空气中进行热氧化处理,多层的氮化碳被层层氧化刻蚀后即可得到少数层石墨相氮化碳纳米片(Adv.Funct.Mater., 2012, 22:4763-4770)。液相法一般选用水、异丙醇或者酸为溶剂/插层剂,通过超声辅助剥离可以得到的片层结构的石墨相氮化碳(J.Am.Chem.Soc., 2013, 135,18-21;Adv.Mater., 2013, 25:2452)。然而,目前大部分剥离方法仍存在经常使用有机溶剂、可控性差、石墨相氮化碳纳米片厚度不均、收率较低等关键问题。因此,开发绿色、可控且高效的剥离方法仍是当前研究的重点和难点,这也制约了石墨相氮化碳纳米片在光催化及其它领域的应用。我们前期研究发现水蒸汽在高温下和氮化碳可以发生水蒸汽-CN重整反应,从而实现层状石墨相氮化碳的剥层。但是该过程反应需要较高的温度和较长的反应时间,因此亟待研制快速高效水蒸汽剥层新方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足,提供一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法和应用。主要利用金属催化水蒸汽重整反应,从而加速促进水蒸汽对层状石墨相氮化碳的剥层,进而快速高效合成石墨相氮化碳纳米片,解决了目前石墨相氮化碳纳米片合成产率低、可控性差以及制备过程存在污染等问题。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1) 以便宜的三聚氰胺为原料,通过高温煅烧聚合(550 ℃),得到黄色的体相结构的石墨相氮化碳材料;
2) 将步骤1) 所得体相结构的石墨相氮化碳材料分散在水中,加入适量氯铂酸,真空条件下,可见光照射1-4 h(最佳反应时间2 h),反应温度为5-30 ℃(最佳温度15 ℃);反应结束后,固体产物依次利用乙醇和水进行洗涤,得到Pt/石墨相氮化碳;其中Pt在石墨相氮化碳表面的负载量为0.1-3 wt%;
3) 将步骤2)中制备的Pt/石墨相氮化碳,放入管式炉中,并通入水蒸汽/Ar混合气,高温热处理,降温后即制得所述石墨相氮化碳纳米片。
步骤3) 中,利用水蒸汽/Ar混合气进行高温热处理的的工艺参数为:热处理温度为100-600 ℃,处理时间为0.5-8 h;上述热处理过程中,通入水蒸汽和Ar的体积比为1/10000-1/10,最佳为200-500;上述热处理过程中,水蒸汽的泵入量为0.1-100 mL/h,氩气的流速为10-300 mL/min;
上述热处理过程中,管式炉的升温速率为1-20 ℃/min,最佳控制在15-18 ℃/min。
本发明的显著优点在于:
(1)本发明合成的石墨相氮化碳纳米片的收率高,容易实现规模化制备;
(2)本发明合成过程绿色、温和,剥离过程仅利用水分子就可实现石墨相氮化碳的插层和剥离;
(3)本发明方法合成成本低,合成过程只需要通入适量水蒸汽,不需要特殊的设备;
(4)本发明制备的石墨相氮化碳纳米片比表面积大,且在合成纳米片的过程中引入的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。
附图说明
图1为体相石墨相氮化碳和本发明实施例1合成得到的石墨相氮化碳纳米片的X射线粉末衍射图(XRD);
图2为实施例1合成得到的石墨相氮化碳纳米片的原子力显微镜图(AFM);
图3为体相石墨相氮化碳和本发明实施例1合成得到石墨相氮化碳纳米片的紫外-可见吸收光谱图;
图4为体相石墨相氮化碳和本发明实施例1制备得到的石墨相氮化碳纳米片在可见光照射下的光催化产氢性能。
具体实施方式
以下是本发明的几个实施例,进一步说明本发明,但是本发明不仅限于此。
实施例1
(1) 取三聚氰胺10 g加入到带盖陶瓷坩埚中,于马弗炉中进行高温聚合,聚合温度550℃,恒温三个小时,冷却后得到黄色体相石墨相氮化碳;将样品研磨得到黄色粉末,即石墨相氮化碳;
(2)取0.3 g上述石墨相氮化碳,分散到100 mL水中,并加入0.5 mL 氯铂酸(氯铂酸浓度为1g/100mL),抽真空后,利用氙灯光源照射4 h,反应温度为15 ℃;待反应结束将上述样品,利用乙醇和水洗涤,得到Pt/石墨相氮化碳;
(3)取0.2 g 步骤2) 制得的Pt/石墨相氮化碳,于管式炉中通入水蒸汽/Ar混合气,混合气体的流量为100 mL/min,水蒸汽的泵入量为(6 mL/h),氩气的流速为(99.9 mL/min);水蒸汽和Ar的体积比为1:1000;反应处理温度为500℃,反应时间3 h,升温速率 5 ℃/min。待上述反应降温至室温,即可得到石墨相氮化碳纳米片。
图1 是石墨相氮化碳(体相)和本发明合成的石墨相氮化碳纳米片的XRD 图,可以发现石墨相氮化碳纳米片的 (002)衍射峰强度显著减弱,说明体相层状石墨相氮化碳已经被成功剥离成薄层的纳米片结构。图2 的AFM 图显示,石墨相氮化碳纳米片厚度约为1 nm。图3 为石墨相氮化碳和本发明合成的石墨相氮化碳纳米片紫外可见吸收光谱图。图4是石墨相氮化碳和本发明制备得到的石墨相氮化碳纳米片在可见光照射下的光催化产氢性能。通过对比,本发明制备得到的石墨相氮化碳纳米片展示了优异的光催化活性。
实施例2
(1)取三聚氰胺10 g加入到带盖陶瓷坩埚中,于马弗炉中进行高温聚合,聚合温度550℃,恒温三个小时,冷却后得到黄色体相石墨相氮化碳;将样品研磨得到黄色粉末,即石墨相氮化碳;
(2)取0.3 g上述石墨相氮化碳,分散到100 mL水中,并加入0.5 mL 氯铂酸(氯铂酸浓度为1g/100mL),抽真空后,利用氙灯光源照射4 h,反应温度为(12 ℃);待反应结束将上述样品,利用乙醇和水洗涤,得到Pt/石墨相氮化碳;
(3)取0.3 g步骤2) 制得的 Pt/石墨相氮化碳,于管式炉中通入水蒸汽/Ar混合气,混合气体的流量为100 mL/min,水蒸汽的泵入量为(12 mL/h),氩气的流速为(99.8 mL/min);水蒸汽和Ar的体积比为1:500;反应处理温度为500 ℃,反应时间3 h,升温速率 5 ℃/min。待上述反应降温至室温,即可得到石墨相氮化碳纳米片。
实施例3
(1)取三聚氰胺10 g加入到带盖陶瓷坩埚中,于马弗炉中进行高温聚合,聚合温度550℃,恒温三个小时,冷却后得到黄色体相石墨相氮化碳;将样品研磨得到黄色粉末,即石墨相氮化碳;
(2)取0.3 g上述石墨相氮化碳,分散到100 mL水中,并加入0.5 mL 氯铂酸(氯铂酸浓度为1g/100mL),抽真空后,利用氙灯光源照射4h,反应温度为(18 ℃);待反应结束将上述样品,利用乙醇和水洗涤,得到Pt/石墨相氮化碳;
(3)取0.3 g步骤2) 制得的Pt/石墨相氮化碳,于管式炉中通入水蒸汽/Ar混合气,混合气体的流量为100 mL/min,水蒸汽的泵入量为(7.5 mL/h),氩气的流速为(99.875 mL/min);水蒸汽和Ar的体积比为1:800;反应处理温度为500 ℃,反应时间3 h,升温速率 10℃/min。待上述反应降温至室温,即可得到石墨相氮化碳纳米片。
实施例4
(1)取三聚氰胺10 g加入到带盖陶瓷坩埚中,于马弗炉中进行高温聚合,聚合温度550℃,恒温三个小时,冷却后得到黄色体相石墨相氮化碳;将样品研磨得到黄色粉末,即石墨相氮化碳;
(2)取0.3 g上述石墨相氮化碳,分散到100 mL水中,并加入0.5 mL 氯铂酸(氯铂酸浓度为1g/100mL),抽真空后,利用氙灯光源照射4 h,反应温度为(10 ℃);待反应结束将上述样品,利用乙醇和水洗涤,得到Pt/石墨相氮化碳;
(3)取0.3 g步骤2) 制得的Pt/石墨相氮化碳,于管式炉中通入水蒸汽/Ar混合气,混合气体的流量为50 mL/min,水蒸汽的泵入量为(6 mL/h),氩气的流速为(49.9 mL/min);水蒸汽和Ar的体积比为1:500;反应处理温度为400 ℃,反应时间4 h,升温速率8 ℃/min。待上述反应降温至室温,即可得到石墨相氮化碳纳米片。
实施例5
(1)取三聚氰胺10 g加入到带盖陶瓷坩埚中,于马弗炉中进行高温聚合,聚合温度550℃,恒温三个小时,冷却后得到黄色体相石墨相氮化碳;将样品研磨得到黄色粉末,即石墨相氮化碳;
(2)取0.3 g上述石墨相氮化碳,分散到100 mL水中,并加入0.5 mL 氯铂酸(氯铂酸浓度为1g/100mL),抽真空后,利用氙灯光源照射4 h,反应温度为(12 ℃);待反应结束将上述样品,利用乙醇和水洗涤,得到Pt/石墨相氮化碳;
(3)取0.3 g步骤2) 制得的Pt/石墨相氮化碳,于管式炉中通入水蒸汽/Ar混合气,混合气体的流量为300 mL/min,水蒸汽的泵入量为(30 mL/h),氩气的流速为(299.5 mL/min);水蒸汽和Ar的体积比为1:600;反应处理温度为300 ℃,反应时间4 h,升温速率15 ℃/min。待上述反应降温至室温,即可得到石墨相氮化碳纳米片。
性能测试
图1为体相石墨相氮化碳和本发明实施例1合成的石墨相氮化碳纳米片的X射线粉末衍射(XRD)图。从图中可以发现氮化碳在13.1o和27.6o处出现两个明显的衍射峰归属于石墨相氮化碳(100)和(002)晶面,证实制备的产物为石墨相氮化碳。而石墨相氮化碳纳米片的(002)晶面的衍射峰明显弱化,说明成功的合成出少数层的氮化碳纳米片。
图2为实施例1所得的石墨相氮化碳的原子力显微镜(AFM)图。从图中可以发现石墨相氮化碳纳米片的厚度约为1 nm,证实制备的产物为少数层石墨相氮化碳纳米片。
图3为体相石墨相氮化碳和本发明实施例1合成的石墨相氮化碳纳米片的紫外-可见光吸收谱图。从图中可以发现石墨相氮化碳的光吸收边在460 nm;而石墨相氮化碳纳米片的吸收带边发生蓝移,也说明我们合成的是薄层的石墨相氮化碳纳米片。
图4为体相石墨相氮化碳和本发明实施例1合成的石墨相氮化碳纳米片的光催化产氢速率图。从图中可以发现石墨相氮化碳纳米片具有较高的光催化产氢性能,其产氢速率为石墨相氮化碳的15倍左右。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1) 以三聚氰胺为原料,进行高温煅烧聚合,得到黄色石墨相氮化碳材料;
2) 将步骤1) 所得石墨相氮化碳材料研磨后,分散在水中,加入氯铂酸,真空条件下,可见光照射1-4 h,反应温度为5-30 ℃,反应结束后,将所得固体产物依次用乙醇和水进行洗涤,得到Pt/石墨相氮化碳;
3)将步骤2) 得到的Pt/石墨相氮化碳置于管式炉中,并通入水蒸汽/Ar混合气,进行热处理,降温后即制得所述石墨相氮化碳纳米片。
2. 如权利要求1 所述一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法,其特征在于,步骤1) 中高温煅烧聚合的温度为550 ℃。
3. 如权利要求1 所述一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法,其特征在于,步骤2) 中,所述Pt/石墨相氮化碳表面Pt的负载量为0.1-3 wt %。
4. 如权利要求1 所述一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法,其特征在于,步骤3) 中,利用水蒸汽/Ar混合气进行热处理的工艺参数为:热处理温度为100-600 ℃,处理时间为0.5-8 h。
5. 如权利要求1 所述一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法,其特征在于,步骤3) 中,热处理过程的反应升温速率为1-20 ℃/min。
6. 如权利要求1 所述一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法,其特征在于,步骤3) 中,水蒸汽的泵入量为0.1-100 mL/h;氩气的流速为10-300 mL/min。
7. 如权利要求1 所述一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法,其特征在于,步骤3) 中,所述水蒸汽/Ar混合气中,水蒸汽和Ar的体积比为1/10000-1/10。
8.如权利要求1~7中任一项所述的制备方法制得的石墨相氮化碳纳米片的应用,其特征在于:所述的石墨相氮化碳纳米片应用于可见光下光催化分解水制取氢气,其产氢速率是体相石墨相氮化碳的15倍。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810223189.9A CN108273541B (zh) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | 一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810223189.9A CN108273541B (zh) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | 一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108273541A true CN108273541A (zh) | 2018-07-13 |
CN108273541B CN108273541B (zh) | 2021-06-01 |
Family
ID=62809967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810223189.9A Active CN108273541B (zh) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | 一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108273541B (zh) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109065900A (zh) * | 2018-09-10 | 2018-12-21 | 华南理工大学 | 一种多级结构复合材料及其制备与应用 |
CN110882714A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-03-17 | 吉林大学 | 卷曲状氮化碳薄片、制备方法及其在光催化分解水产氢中的应用 |
CN111068735A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-28 | 电子科技大学 | 一种PtS量子点/g-C3N4纳米片复合光催化剂及其制备方法 |
CN112010272A (zh) * | 2019-05-31 | 2020-12-01 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种剥层的氮化碳材料及其制备方法 |
CN112675894A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-04-20 | 中国人民解放军陆军军医大学第二附属医院 | 一种空心环状氮化碳光催化剂及其制备方法 |
CN113680372A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-11-23 | 西安工程大学 | 一种石墨相氮化碳纳米片的热辅助制备方法及应用 |
CN114671417A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-06-28 | 山西大学 | 一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法及其应用 |
CN115010101A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-09-06 | 河南大学 | 一种具有宽光谱响应且高结晶度的氮化碳纳米片的制备方法及应用 |
CN115739154A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-03-07 | 山东科技大学 | 具有三配位氮空位氮化碳纳米材料及其制备方法和应用 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106629638A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-05-10 | 合肥工业大学 | 一种单分散结构g‑C3N4纳米片及其制备方法 |
CN106975507A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-07-25 | 江苏大学 | 一种Ag/g‑C3N4复合光催化剂及其制备方法 |
CN106984354A (zh) * | 2017-04-26 | 2017-07-28 | 福州大学 | 一种钯掺杂石墨相氮化碳纳米材料的制备方法及其应用 |
CN107297217A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-10-27 | 西安交通大学 | 一种多孔薄层石墨相氮化碳载铂光催化剂及其制备方法和应用 |
-
2018
- 2018-03-19 CN CN201810223189.9A patent/CN108273541B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106629638A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-05-10 | 合肥工业大学 | 一种单分散结构g‑C3N4纳米片及其制备方法 |
CN106975507A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-07-25 | 江苏大学 | 一种Ag/g‑C3N4复合光催化剂及其制备方法 |
CN106984354A (zh) * | 2017-04-26 | 2017-07-28 | 福州大学 | 一种钯掺杂石墨相氮化碳纳米材料的制备方法及其应用 |
CN107297217A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-10-27 | 西安交通大学 | 一种多孔薄层石墨相氮化碳载铂光催化剂及其制备方法和应用 |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109065900B (zh) * | 2018-09-10 | 2021-06-08 | 华南理工大学 | 一种多级结构复合材料及其制备与应用 |
CN109065900A (zh) * | 2018-09-10 | 2018-12-21 | 华南理工大学 | 一种多级结构复合材料及其制备与应用 |
CN112010272A (zh) * | 2019-05-31 | 2020-12-01 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种剥层的氮化碳材料及其制备方法 |
CN112010272B (zh) * | 2019-05-31 | 2022-02-01 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种剥层的氮化碳材料及其制备方法 |
CN110882714A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-03-17 | 吉林大学 | 卷曲状氮化碳薄片、制备方法及其在光催化分解水产氢中的应用 |
CN111068735A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-28 | 电子科技大学 | 一种PtS量子点/g-C3N4纳米片复合光催化剂及其制备方法 |
CN112675894B (zh) * | 2021-01-04 | 2022-12-06 | 中国人民解放军陆军军医大学第二附属医院 | 一种空心环状氮化碳光催化剂及其制备方法 |
CN112675894A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-04-20 | 中国人民解放军陆军军医大学第二附属医院 | 一种空心环状氮化碳光催化剂及其制备方法 |
CN113680372A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-11-23 | 西安工程大学 | 一种石墨相氮化碳纳米片的热辅助制备方法及应用 |
CN113680372B (zh) * | 2021-09-23 | 2023-09-01 | 西安工程大学 | 一种石墨相氮化碳纳米片的热辅助制备方法及应用 |
CN114671417A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-06-28 | 山西大学 | 一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法及其应用 |
CN114671417B (zh) * | 2022-04-26 | 2023-07-18 | 山西大学 | 一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法及其应用 |
CN115010101A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-09-06 | 河南大学 | 一种具有宽光谱响应且高结晶度的氮化碳纳米片的制备方法及应用 |
CN115010101B (zh) * | 2022-07-18 | 2023-09-12 | 河南大学 | 一种具有宽光谱响应且高结晶度的氮化碳纳米片的制备方法及应用 |
CN115739154A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-03-07 | 山东科技大学 | 具有三配位氮空位氮化碳纳米材料及其制备方法和应用 |
CN115739154B (zh) * | 2022-11-16 | 2024-02-02 | 山东科技大学 | 具有三配位氮空位氮化碳纳米材料及其制备方法和应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108273541B (zh) | 2021-06-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108273541A (zh) | 一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法和应用 | |
Wang et al. | Distorted carbon nitride nanosheets with activated n→ π* transition and preferred textural properties for photocatalytic CO2 reduction | |
CN106542509B (zh) | 一种高效制备类石墨烯氮化碳的方法 | |
CN106563481B (zh) | 一种氨化的超薄石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法 | |
CN104787747B (zh) | 微波强化快速热解生物质和/或含碳有机废弃物制备多壁碳纳米管的方法 | |
Bai et al. | Facile urea-assisted precursor pre-treatment to fabricate porous g-C3N4 nanosheets for remarkably enhanced visible-light-driven hydrogen evolution | |
Yu et al. | Direct microwave synthesis of graphitic C3N4 with improved visible-light photocatalytic activity | |
CN105597803B (zh) | 一种介孔氮化碳光催化剂及其制备方法 | |
CN104891460B (zh) | 一种溶液相制备石墨相氮化碳纳米片的方法 | |
CN112007632B (zh) | 一种花状SnO2/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法 | |
CN106975510B (zh) | 一种高可见光活性石墨相氮化碳及其应用 | |
Song et al. | Vopor-polymerization strategy to carbon-rich holey few-layer carbon nitride nanosheets with large domain size for superior photocatalytic hydrogen evolution | |
CN109759041A (zh) | 一种中空片状结构二氧化钛纳米管光催化材料及其制备方法 | |
CN114671417B (zh) | 一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法及其应用 | |
CN108238632A (zh) | 钛氧团簇及其用于宏量制备纳米二氧化钛的方法 | |
CN113830742A (zh) | 一种富含氮缺陷的超薄氮化碳纳米片及其制备方法、光催化制备过氧化氢的方法 | |
Xu et al. | Semi-crystalline graphitic carbon nitride with midgap states for efficient photocatalytic nitrogen fixation | |
Aissou et al. | Synthesis and growth of onion-like polyhedral graphitic nanocapsules by thermal plasma | |
Hiyoshi et al. | Selective oxidation of n-butane in the presence of vanadyl pyrophosphates synthesized by intercalation–exfoliation–reduction of layered VOPO4· 2H2O in 2-butanol | |
CN112774703A (zh) | 一种高效光催化分解水制氢的单质红磷负载的二氧化钛复合催化剂 | |
CN109399581B (zh) | 一种硫化亚铜-碲纳米材料及其制备方法 | |
CN115178277B (zh) | 一种掺杂的Co3O4纳米材料及其应用 | |
CN107662906B (zh) | 一种二硒化钨薄膜的制备方法和光催化还原二氧化碳的应用 | |
CN116393155A (zh) | 碳环掺杂的g-C3N4基面内异质结的制备方法及其应用于光重整纤维素 | |
CN102815698A (zh) | 一种二维碳化物的模板限制合成方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |