CN108927202A - 一种g-C3N4纳米带及其制备方法与应用 - Google Patents
一种g-C3N4纳米带及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108927202A CN108927202A CN201811114899.4A CN201811114899A CN108927202A CN 108927202 A CN108927202 A CN 108927202A CN 201811114899 A CN201811114899 A CN 201811114899A CN 108927202 A CN108927202 A CN 108927202A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nanobelt
- preparation
- reflux
- nano particle
- hours
- 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
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000002127 nanobelt Substances 0.000 claims abstract description 57
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 8
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N Acetamide Chemical compound CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims description 5
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 3
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 claims description 3
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims 1
- ZIPLUEXSCPLCEI-UHFFFAOYSA-N cyanamide group Chemical group C(#N)[NH-] ZIPLUEXSCPLCEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 16
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 16
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 15
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 13
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 4
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N Cyanamide Chemical compound NC#N XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N glutathione Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(=O)N[C@@H](CS)C(=O)NCC(O)=O RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 108010024636 Glutathione Proteins 0.000 description 1
- NCSHGROOCJHAFK-UHFFFAOYSA-N [Cl].N#CC#N Chemical compound [Cl].N#CC#N NCSHGROOCJHAFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 150000001912 cyanamides Chemical class 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229960003180 glutathione Drugs 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 150000007974 melamines Chemical class 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000005829 trimerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 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
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
- B01J35/615—100-500 m2/g
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
-
- 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)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种g‑C3N4纳米带及其制备方法与应用，所述g‑C3N4纳米带的制备方法，包括如下步骤：S1.将前驱物置于惰性氛围中煅烧，得到g‑C3N4纳米颗粒；S2.将所得g‑C3N4纳米颗粒放在酰胺类有机溶剂中回流；S3.将所得产物后处理，得到g‑C3N4纳米带。本发明通过煅烧后进行常压回流的方法来制备g‑C3N4纳米带。该方法的制备条件要求较低、操作方便、设备简单，由该方法制得的g‑C3N4纳米带光催化效率高且比表面积大、产率及纯度均较高。同等条件下，相比于未“剥离”的g‑C3N4纳米颗粒，回流后的二维结构g‑C3N4纳米带的光催化产氢活性提升了2~5倍，具有较大的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料以及光催化降解领域，更具体地，涉及一种g-C3N4纳米带及其制备方法与应用。
背景技术
环境污染和能源危机成为当今世界经济发展的两大难题。随着工业生产的迅速发展和能源需求的不断增加，地球蕴藏的化石燃料不断减少，环境污染日益严重，人类的生存面临着前所未有的挑战。能源危机、气候变暖、生存环境恶化等问题威胁到人类的健康与发展，因此，寻求可持续性清洁能源和高效消除环境污染的方法是科学家们研究的重大课题。
近年来，随着“无金属催化”概念的出现，非金属元素组成的聚合物光催化剂石墨相氮化碳（g-C3N4）因其制备方法简单、原料易得、特殊的结构及优异的性能而成为研究热点。2009年，王心晨等人（Nature Materials, 2009, 8: 76-80.）首次报道g-C3N4是一种新型的可见光催化剂，具有良好的热稳定性、化学稳定性以及独特的能带结构，并且应用在光解水制氢、光合成以及环境污染治理等方面。然而，在实际应用中，g-C3N4存在着比表面积小和量子效率不高等问题，限制了其在能源以及环境修复等领域的广泛应用。
形貌效应在催化剂中起着极为重要的作用，国内外研究者对光催化材料的形貌效应进行了大量研究。例如将TiO2制备成纳米管，具有高比例的暴露高能活性晶面{001}锐钛矿TiO2等具有良好的光催化活性。因此对g-C3N4形貌可控合成一直是材料科学家的研究重点。王心晨等人（影像科学与光化学，2015, 33: 417-425.）通过硬模板法，采用氰胺前驱物和二氧化硅纳米管，合成具有良好的光催化活性和化学稳定性的g-C3N4纳米管光催化剂，产氢速率为58 μmol/h。研究结果表明纳米管状结构能有效促进g-C3N4半导体激子解离，提高光生电子-空穴的分离效率，进而显著优化了g-C3N4的光催化产氢性能。陶夏等人（AppliedCatalysis B: Environmental, 2018, 226: 61-70.）采用双氰胺和谷胱甘肽为原料，200℃水热反应4小时，得到产率约为80%的多孔g-C3N4纳米带，AFM结果显示纳米带的厚度约为6nm。尹明彩等人（Materials Science and Engineering: B, 2017, 223: 35-42.）以三聚氯氰和三聚氰胺为原料，180 ℃水热反应96小时得到g-C3N4纳米带，负载Cu(OH)2后，产氢速率为37.8 μmol∙h-1。杨静海等人（Applied Physics A, 2011, 105: 161-166.）以三聚氰胺为原料，氩气气氛中1000 ℃煅烧2小时，制备出g-C3N4纳米带，XPS分析显示：C为31.6%，N为59.8%，H为3.1%，其他元素为5.5%。
在上述报道的制备方法中，存在着制备条件要求较高，所制备的g-C3N4纳米带光催化效率较低、表面积小，且产率较低、纯度不够等问题。因此，需要制备一种制备条件要求较低、光催化效率高且比表面积大的g-C3N4纳米带。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的制备条件要求较高、光催化效率较低的缺陷，提供一种g-C3N4纳米带的制备方法，该制备方法的制备条件要求较低，由该制备方法制得的g-C3N4纳米带具有光催化效率高且比表面积大的优点。
本发明的另一目的在于提供上述方法所制备的g-C3N4纳米带。
本发明的还一目的在于提供上述方法所制备的g-C3N4纳米带在光催化分解水或降解有机污染物中的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种g-C3N4纳米带的制备方法，包括如下步骤：
S1. 将前驱物置于惰性氛围中煅烧，得到g-C3N4纳米颗粒；
S2. 将S1.所得g-C3N4纳米颗粒放在酰胺类有机溶剂中回流；
S3. 将S2.所得产物后处理，得到g-C3N4纳米带。
本发明提供的g-C3N4纳米带采用回流法，以来源广泛且价格低廉的前驱物为原料进行煅烧后，在酰胺类有机溶剂进行回流。在回流过程中，酰胺类有机溶剂能有效将g-C3N4纳米颗粒“剥离”成二维结构g-C3N4纳米带，增大了g-C3N4纳米带的比表面积。该制备方法的制备条件要求较低、操作方便、设备简单，由该制备方法制得的g-C3N4纳米带具有光催化效率高和比表面积大的优点。
优选地，步骤S2.中所述回流是在常压下进行。
优选地，步骤S2.中所述回流的温度为110~180 ℃。
该回流温度适合酰胺类有机溶剂中的-NH-与氮化碳中的-C-N-相互作用，能有效将块状的氮化碳“剥离”成二维结构的氮化碳。
更优选地，步骤S2.中所述回流的温度为110 ℃。
优选地，步骤S2.中所述回流的时间为24~48小时。
更优选地，步骤S2.中所述回流的时间为24 小时。
优选地，步骤S2.中所述酰胺类有机溶剂为甲酰胺和/或乙酰胺。
优选地，步骤S1.中所述前驱物为单氰胺、双氰胺、三聚氰胺、尿素或硫脲中的一种或几种。
优选地，步骤S1.中所述惰性氛围为氩气氛围、氦气氛围或氮气氛围。
优选地，步骤S1.中所述煅烧的温度为500~600 ℃。
更优选地，步骤S1.中所述煅烧的温度为500 ℃。
优选地，步骤S1.中所述煅烧的升温速率控制在5 ℃/min以下。
优选地，步骤S1.中所述煅烧的时间为2~4小时。
优选地，步骤S1.中所述煅烧后还进行冷却。
优选地，步骤S1.中所述冷却为自然冷却。
冷却速度与g-C3N4纳米带的晶体的完美程度有很大的关系，如果冷却速度太快，导致晶体晶格出现畸形的缺陷。
优选地，步骤S3.中所述后处理是离心分离、洗涤、干燥。
优选地，步骤S3.中所述离心分离的转速为8000~10000 r/min。
优选地，步骤S3.中所述洗涤是用水和无水乙醇。
优选地，步骤S3.中所述洗涤是用水和无水乙醇各洗涤三次。
优选地，步骤S3.中所述干燥为真空干燥。
优选地，步骤S3.中所述干燥的温度为60~100 ℃。
更优选地，步骤S3.中所述干燥的温度为60 ℃。
优选地，步骤S3.中所述干燥的时间为12~36小时。
更优选地，步骤S3.中所述干燥的时间为24小时。
上述g-C3N4纳米带的制备方法的具体步骤如下：
将前驱物放入瓷舟中，管式炉中惰性气体保护，500~600 ℃煅烧2~4小时，自然冷却至室温，得到黄色g-C3N4纳米颗粒；然后将所得黄色g-C3N4纳米颗粒加入到酰胺类有机溶剂中，110~180 ℃进行常压回流24~48小时；将所得产物离心分离、洗涤，60 ℃条件下真空干燥即得g-C3N4纳米带。
本发明同时保护上述制备方法制得的g-C3N4纳米带。
本发明还保护上述g-C3N4纳米带在光催化分解水或降解有机污染物中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过煅烧后进行常压回流的方法来制备g-C3N4纳米带。该方法的制备条件要求较低、操作方便、设备简单，由该方法制得的g-C3N4纳米带光催化效率高且比表面积大、产率及纯度均较高。同等条件下，相比于未“剥离”的g-C3N4纳米颗粒，回流后的二维结构g-C3N4纳米带的光催化产氢活性提升了2~5倍，具有较大的推广应用价值。
附图说明
图1为实施例1制得的g-C3N4纳米带扫描电子显微镜（SEM）图。
图2为实施例2制得的g-C3N4纳米带X-粉末衍射（XRD）图。
图3为实施例2制得的g-C3N4在太阳光作用下光催化分解水产氢效果图。图中(a)表示未“剥离”的g-C3N4纳米颗粒；(b)表示“剥离”后的g-C3N4纳米带。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中的原料均可通过市售得到；除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
称取5 g三聚氰胺，加入到瓷舟中，置于管式炉中，通入氩气气氛30 min后，开始加热，升温速率为5 ℃/min，550 ℃时恒温煅烧2小时，自然冷却至室温；将所得产物转移到圆底烧瓶中，加入甲酰胺150 mL，常压110℃恒温回流24小时，自然冷却到室温，所得产物经离心分离，用蒸馏水、无水乙醇洗涤沉淀各三次，然后在60 ℃下，真空干燥24小时，制得g-C3N4纳米带。
实施例2
称取5 g尿素，加入到磁舟中，置于管式炉中，通入氦气气氛30 min后，开始加热，升温速率为5 ℃/min，500 ℃时恒温煅烧3小时，自然冷却至室温；将所得产物转移到圆底烧瓶中，加入乙酰胺150 mL，常压150 ℃恒温回流48小时，自然冷却到室温，所得产物经离心分离，用蒸馏水、无水乙醇洗涤沉淀各三次，然后在60 ℃下，真空干燥24小时，制得g-C3N4纳米带。
实施例3
称取5 g单氰胺，加入到磁舟中，置于管式炉中，通入氮气气氛30 min后，开始加热，升温速率为5 ℃/min，600 ℃时恒温煅烧4小时，自然冷却至室温；将所得产物转移到圆底烧瓶中，加入甲酰胺150 mL，常压180 ℃恒温回流36小时，自然冷却到室温，所得产物经离心分离，用蒸馏水、无水乙醇洗涤沉淀各三次，然后在60 ℃下，真空干燥24小时，制得g-C3N4纳米带。
性能测试
测试方法：
（1）形貌测试：德国LEO公司生产的LEO1530VP型场发射扫描电子显微镜（SEM）进行测试。技术参数：分辨率：1 nm (20 kV)；放大倍率：20X-900，000X；加速电压：0.1 kV-30 kV。
（2）XRD测试：采用德国Bruker公司生产的D8 ADVANCE型X-射线粉末衍射仪进行测试。测试条件：Cu靶，λ=0.15418 nm，石墨片滤波，工作电压40 kV，工作电流40 mA，步长为0.02度，扫描速度为17.7秒/步。
（3）光催化活性测试：
光催化活性评价反应使用容积为100 mL石英玻璃反应器，在LABSOLAR-H2 (III)型反应装置上进行（北京畅拓仪器设备有限公司）。使用300 W氙灯作为紫外-可见光光源。光解水实验中，将100 mg所得g-C3N4纳米带催化剂加入到80 mL纯水中，加入几滴1 wt% H2PtCl6溶液，先在暗室中超声分散20 min以得到较好的分散状态，为了达到脱附-吸附平衡，开灯前，在反应器中通入氮气40 min以除去溶解氧，确保反应器是在厌氧条件下。通过间歇采样，采用气相色谱分析（GC-14C，岛津，日本，TCD），所得产物为0.4 mL氢气。
（4）比表面积测试：采用美国Micomeritics公司生产的ASAP-2010型比表面积和孔径测定仪上进行采用，实验中采用N2为吸附质，吸附温度为77 K。
测试结果
图1为实施例1制得的g-C3N4纳米带扫描电子显微镜（SEM）图，从图中可以看出，形貌为纳米带。实施例2~3的结果与实施例1一致，说明所制得的产品的形貌均为纳米带。实施例1制得的g-C3N4纳米带的尺寸为宽约200 nm，长约3~5 μm，厚约10 nm；实施例2制得的g-C3N4纳米带的尺寸为宽约150 nm，长约2~3 μm，厚约7~8 nm；实施例3制得的g-C3N4纳米带的尺寸为宽约180 nm，长约3~4 μm，厚约8~10 nm。说明本方法制得的g-C3N4纳米带大小均匀，尺寸可通过回流的条件进行控制。
图2为实施例2制得的g-C3N4纳米带X-粉末衍射（XRD）图，XRD图显示各衍射峰位置及强度均与g-C3N4标准衍射卡片(JCPDS No.21-1272)一致。XRD的结果表明所制得的产品是石墨相氮化碳。实施例2~3的结果与实施例1一致，说明所制得的产品是石墨相氮化碳。
实施例1制得的g-C3N4纳米带的比表面积为117.3 m2∙g-1，实施例2制得的g-C3N4纳米带的比表面积为135.8 m2∙g-1，实施例3制得的g-C3N4纳米带的比表面积为125.5 m2∙g-1。说明实施例中制得的g-C3N4纳米带比表面积均较大。
图3为实施例2制得的g-C3N4在太阳光作用下光催化分解水产氢效果图。图中(a)表示未“剥离”的g-C3N4纳米颗粒；(b)表示“剥离”后的g-C3N4纳米带。同等条件下，相比于未“剥离”的g-C3N4纳米颗粒，回流后的二维结构g-C3N4纳米带的光催化产氢活性提升了2~5倍。实施例1制得的g-C3N4纳米带的光解水产氢速率为48 μmol/h，实施例2制得的g-C3N4纳米带的光解水产氢速率为57 μmol/h，实施例3制得的g-C3N4纳米带的光解水产氢速率为50μmol/h。说明实施例中制得的g-C3N4纳米带的光催化效率高。
实施例1~3制得的g-C3N4纳米带的产率分别为99.3%、98.9%、99.5%，纯度分别为99.0%、99.5%、99.2%。说明本方法制得的g-C3N4纳米带的产率和纯度均较高。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种g-C3N4纳米带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 将前驱物置于惰性氛围中煅烧，得到g-C3N4纳米颗粒；
S2. 将S1.所得g-C3N4纳米颗粒放在酰胺类有机溶剂中回流；
S3. 将S2.所得产物后处理，得到g-C3N4纳米带。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述回流是在常压下进行。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述回流的温度为110~180 ℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述回流的时间为24~48小时。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酰胺类有机溶剂为甲酰胺和/或乙酰胺。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述前驱物为单氰胺、双氰胺、三聚氰胺、尿素或硫脲中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述惰性氛围为氩气氛围、氦气氛围或氮气氛围。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为500~600 ℃，时间为2~4小时。
9.权利要求1~8任一项所述的制备方法制得的g-C3N4纳米带。
10.权利要求9所述的g-C3N4纳米带在光催化分解水或降解有机污染物中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811114899.4A CN108927202B (zh) | 2018-09-25 | 2018-09-25 | 一种g-C3N4纳米带及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811114899.4A CN108927202B (zh) | 2018-09-25 | 2018-09-25 | 一种g-C3N4纳米带及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108927202A true CN108927202A (zh) | 2018-12-04 |
| CN108927202B CN108927202B (zh) | 2021-05-07 |
Family
ID=64443966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811114899.4A Active CN108927202B (zh) | 2018-09-25 | 2018-09-25 | 一种g-C3N4纳米带及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108927202B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111822030A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-27 | 广东工业大学 | 一种带状纳米材料及其制备方法、光催化剂、应用 |
| RU2787270C1 (ru) * | 2022-11-03 | 2023-01-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) | Катализатор, способ его приготовления и способ фотокаталитического получения водорода |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070295957A1 (en) * | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Dispersant compound and method for preparing the same |
| CN101225546A (zh) * | 2007-10-19 | 2008-07-23 | 南京大学 | CNx纳米带和纳米管的溶剂热合成方法 |
| CN103288075A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-09-11 | 大连理工大学 | 氮掺杂石墨烯纳米带及其制备方法 |
| CN105032466A (zh) * | 2015-07-22 | 2015-11-11 | 宁波工程学院 | 一种高纯度wo3/c3n4复合介孔纳米带的制备方法 |
| CN105854921A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-08-17 | 淮北师范大学 | 一种大面积二维复合纳米材料的合成方法 |
| CN106185846A (zh) * | 2015-05-08 | 2016-12-07 | 香港中文大学深圳研究院 | 石墨相氮化碳纳米片、纳米带和量子点的制备方法 |
| CN106566156A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-04-19 | 武汉理工大学 | 石墨烯纳米带/pmma微发泡纳米复合材料的制备方法 |
-
2018
- 2018-09-25 CN CN201811114899.4A patent/CN108927202B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070295957A1 (en) * | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Dispersant compound and method for preparing the same |
| CN101225546A (zh) * | 2007-10-19 | 2008-07-23 | 南京大学 | CNx纳米带和纳米管的溶剂热合成方法 |
| CN103288075A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-09-11 | 大连理工大学 | 氮掺杂石墨烯纳米带及其制备方法 |
| CN106185846A (zh) * | 2015-05-08 | 2016-12-07 | 香港中文大学深圳研究院 | 石墨相氮化碳纳米片、纳米带和量子点的制备方法 |
| CN105032466A (zh) * | 2015-07-22 | 2015-11-11 | 宁波工程学院 | 一种高纯度wo3/c3n4复合介孔纳米带的制备方法 |
| CN105854921A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-08-17 | 淮北师范大学 | 一种大面积二维复合纳米材料的合成方法 |
| CN106566156A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-04-19 | 武汉理工大学 | 石墨烯纳米带/pmma微发泡纳米复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| JIAOJIAO WU ET AL.: ""Heteroatoms binary-doped hierarchical porous g-C3N4 nanobelts for remarkably enhanced visible-light-driven hydrogen evolution"", 《APPLIED CATALYSIS B:ENVIRONMENTAL》 * |
| 佘小杰: ""石墨相氮化碳材料的可控制备及光催化降解环境有机污染物研究"", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技I辑》 * |
| 李宏哲等: ""带状石墨相C3N4化合物的合成与表征"", 《吉林大学学报（理学版）》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111822030A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-27 | 广东工业大学 | 一种带状纳米材料及其制备方法、光催化剂、应用 |
| RU2787270C1 (ru) * | 2022-11-03 | 2023-01-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) | Катализатор, способ его приготовления и способ фотокаталитического получения водорода |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108927202B (zh) | 2021-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hong et al. | A direct one-step synthesis of ultrathin g-C3N4 nanosheets from thiourea for boosting solar photocatalytic H2 evolution | |
| Yang et al. | Hollow β-Bi2O3@ CeO2 heterostructure microsphere with controllable crystal phase for efficient photocatalysis | |
| Hong et al. | Precisely tunable thickness of graphitic carbon nitride nanosheets for visible-light-driven photocatalytic hydrogen evolution | |
| Zhang et al. | Porous carbon nitride with defect mediated interfacial oxidation for improving visible light photocatalytic hydrogen evolution | |
| Li et al. | Novel synthesis of Z-scheme α-Bi2O3/g-C3N4 composite photocatalyst and its enhanced visible light photocatalytic performance: Influence of calcination temperature | |
| CN113813948B (zh) | Co@In2O3/C复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Wang et al. | Synthesis of graphitic carbon nitride with large specific surface area via copolymerizing with nucleobases for photocatalytic hydrogen generation | |
| Feng et al. | Synthesis of rattle-structured CuCo2O4 nanospheres with tunable sizes based on heterogeneous contraction and their ultrahigh performance toward ammonia borane hydrolysis | |
| CN109201115B (zh) | 一种光催化产氢催化剂及其制备方法和用途 | |
| Liu et al. | The excellent dye-photosensitized degradation performance over hierarchical BiOCl nanostructures fabricated via a facile microwave-hydrothermal process | |
| Shu et al. | Nanoporous g-C3N4 nanosheets: facile synthesis and excellent visible-light photocatalytic H2 evolution performance | |
| Song et al. | Vopor-polymerization strategy to carbon-rich holey few-layer carbon nitride nanosheets with large domain size for superior photocatalytic hydrogen evolution | |
| CN109395749A (zh) | 卤氧铋纳米材料、其制备方法和应用 | |
| CN103695864A (zh) | 碳包覆钴金属纳米颗粒的制备方法 | |
| CN108264037A (zh) | 三维多孔氮掺杂石墨烯复材及氮掺杂石墨烯的制备方法 | |
| Cui et al. | Facile one-step “polymerization-exfoliation” route to crystalline graphitic carbon nitride nanosheets for increased photocatalytic hydrogen evolution | |
| CN105833887B (zh) | 一种BiOCl/β‑FeOOH复合纳米材料及其制备方法 | |
| Li et al. | Synthesis of cyclotriphosphazene-containing polymeric nanotubes and their use as metal-free photocatalysts for methylene blue degradation | |
| Liu et al. | Morphology-preserved transformation of CdS hollow structures toward photocatalytic H 2 evolution | |
| Hu et al. | gC 3 N 4/TiO 2 composite microspheres: in situ growth and high visible light catalytic activity | |
| Fu et al. | Controllable synthesis of porous silver cyanamide nanocrystals with tunable morphologies for selective photocatalytic CO2 reduction into CH4 | |
| Meng et al. | Nanocomposites of ZnO nanorods in-situ grown on graphitic carbon nitride for ethanol sensing | |
| CN108927202A (zh) | 一种g-C3N4纳米带及其制备方法与应用 | |
| CN115025783B (zh) | 一种多铌氧簇/zif-67衍生物复合材料的合成方法及应用 | |
| Li et al. | Solvothermal synthesis of three-dimensional microspherical bismuth oxychloride self-assembled by microspheres |
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 |