CN111068733A - 一种g-C3N4纳米卷的制备方法及其应用 - Google Patents
一种g-C3N4纳米卷的制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111068733A CN111068733A CN201911344570.1A CN201911344570A CN111068733A CN 111068733 A CN111068733 A CN 111068733A CN 201911344570 A CN201911344570 A CN 201911344570A CN 111068733 A CN111068733 A CN 111068733A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano
- reactor
- roll
- hours
- isopropanol
- 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.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 57
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 48
- TZIHFWKZFHZASV-UHFFFAOYSA-N methyl formate Chemical compound COC=O TZIHFWKZFHZASV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 17
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 27
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 23
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 20
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 17
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 13
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 10
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 10
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 8
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims description 6
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000007605 air drying Methods 0.000 claims description 3
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 16
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000411 inducer Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 abstract 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 18
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 12
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 6
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 4
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001249555 Hexagrammos otakii Species 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- 239000012847 fine chemical Substances 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 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
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 1
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
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
-
- 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
-
- 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
- B01J35/613—10-100 m2/g
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/0605—Binary compounds of nitrogen with carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C67/00—Preparation of carboxylic acid esters
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明为一种g‑C3N4纳米卷的制备方法及其应用。该方法通过过热氧化剥离与物理超声剥离法相结合，首先剥离得到g‑C3N4纳米片，再以异丙醇为诱导剂，在恒温真空条件下，最终诱导g‑C3N4纳米片，自动卷曲成g‑C3N4纳米卷。本发明可以实现g‑C3N4纳米卷的简单快速制备，且该方法制备的g‑C3N4纳米卷具有多层的卷轴结构和较高的比表面积、较低光生电子‑空穴复合率，并将其应用于光催化还原CO2制甲酸甲酯反应中，表现出较高的催化活性。
Description
技术领域
本发明涉及一种氮化碳纳米卷的制备方法及其光催化二氧化碳还原的应用。本发明设及纳米材料、光催化技术领域。
背景技术
随着人类社会的发展，大量化石能源被开采使用，导致大气中二氧化碳的浓度持续增加，能源与环境问题加剧，这迫使人们开发新的可再生能源技术。如今，利用太阳光照射半导体材料，将二氧化碳还原为小分子有机物，被认为是有望解决能源危机和缓解温室效应的有效途径。
石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种不含金属的半导体材料，具有稳定的化学性质，在可见光下具有光响应能力。通常制备的g-C3N4由于片层堆叠的结构，存在比表面积较低，光生电子-空穴复合率高的缺点，限制了它在光催化领域的应用。因此，对g-C3N4进行元素掺杂，构建异质结和对g-C3N4进行纳米形貌调控都是改善g-C3N4这些缺陷有效的手段。其中，调节g-C3N4的纳米形貌是提高光催化性能的重要策略，目前已有关于纳米片，纳米管和纳米球制备的报道，其中纳米管由于具有独特的管状通道，可以有效地沿一维路径转移光生电子，减少光生电子-空穴的复合，并具有良好的光催化活性。而具有多层管壁结构的纳米卷，除了具有纳米管的特性外，还可能具有其他特点。Thomas等(Evaluation of carbonnanoscroll materials for post-combustion CO2 capture[J].Carbon,2016,101:218-225.(碳纳米卷材捕集燃烧后产生的二氧化碳的评估))经分子模拟计算，发现由于卷状结构的存在，g-C3N4纳米卷对CO2气体的捕捉具有不同于纳米管的扩散方式，同时对CO2具有选择性吸附特性，预示着g-C3N4纳米卷在捕捉混合烟气中的应用前景。但如何使g-C3N4纳米片有效地滚动成卷，实现可靠的实验制备，仍然具有挑战性，因此目前还没有关于g-C3N4纳米卷制备的成熟方法。
发明内容
本发明为针对当前技术中存在的不足，提出一种制备g-C3N4纳米卷的方法及其应用。该方法为非化学变化过程，通过热氧化剥离与物理超声剥离法相结合，剥离得到g-C3N4纳米片，以异丙醇为诱导剂，在恒温真空条件下，诱导g-C3N4纳米片，自动卷曲成g-C3N4纳米卷。本发明可以实现g-C3N4纳米卷的简单快速制备，且该方法制备的g-C3N4纳米卷具有较高的比表面积和较低光生电子-空穴复合率，并将其应用于光催化还原CO2制甲酸甲酯反应中，表现出较高的催化活性。本发明得到的g-C3N4纳米卷具有多层的卷轴结构，具有一定比表面积同时，光生电子能通过管状的通道迁移，降低光生电子-空穴的复合率。
为达到上述发明目的，本发明的技术方案为：
一种g-C3N4纳米卷的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)将含氮前驱体，在空气氛围中，以2～5℃/min的升温速率，在500～580℃下进行高温煅烧2～6小时，得到黄色固体，再以相同的条件进行二次煅烧，降至室温后，研磨得到浅黄色固体粉末，即g-C3N4；
(2)将淡黄色粉末分散于异丙醇中，超声剥离4～8小时后，得到白色悬浊液；
其中，每50～100ml异丙醇加入0.01～0.05g淡黄色粉末；
(3)将上步得到的悬浊液离心分离3～6min，得到沉淀，经乙醇洗涤干燥后，即得到g-C3N4纳米片；
(4)将g-C3N4纳米片加入到异丙醇中，超声分散后得到浑浊液，加入到表面皿中，50～90℃鼓风干燥后，再经4-10小时真空干燥，即得到g-C3N4纳米卷；
其中，每50～100ml异丙醇加入0.05～0.15g的g-C3N4纳米片；
所述的步骤(1)中所述的含氮前驱体为三聚氰胺、双氰胺或尿素。
所述的步骤(3)中的离心分离的转速为4000～7000r/min。
所述的步骤(4)中的真空干燥条件为0.05～0.09Mpa的真空度，恒温50～90℃。
所述的g-C3N4纳米卷的应用方法，用作于还原CO2制备甲酸甲酯的光催化剂。
所述的g-C3N4纳米卷的应用方法，具体包括以下步骤：
(1)取g-C3N4纳米卷光催化剂于纯石英的透明密闭反应器中，加入甲醇，得到悬浮液，再通入CO2，使密闭容器内CO2的相对压力保持在0.5～2Kpa；
其中，每40mg g-C3N4纳米卷加入30～80ml甲醇；
(2)将Xe灯放于石英反应器正上方，在2～8℃下，照射该悬浮液4～8小时，最后得到甲酸甲酯。
所述的Xe灯距离反应器5～10cm，功率为20～50W。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过热氧化剥离与物理超声剥离法相结合，剥离得到g-C3N4纳米片，首次在恒温真空条件下，通过异丙醇，诱导g-C3N4纳米片自动成卷，制备了g-C3N4纳米卷，在光催化还原CO2制甲酸甲酯中，表现出较高催化活性。
(2)这种g-C3N4纳米卷的制备方法，快速高效，制备工艺简单易行；具有较好的卷状形貌；可以获得比表面积为31.65m2/g～52.27m2/g的g-C3N4纳米卷；具有较低的光生电子-空穴复合率，光催化剂活性较高；在光催化领域具有较好的应用前景；诱导成卷的条件简单可控，易于实现扩大生产。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备的g-C3N4的扫描电镜(SEM)图；
图2为本发明实施例1中制备的g-C3N4纳米片的扫描电镜(SEM)图；
图3为本发明实施例1中制备的g-C3N4纳米卷的扫描电镜(SEM)图；
图4为本发明实施例1中制备的g-C3N4、g-C3N4纳米片和g-C3N4纳米卷的氮气吸附脱附曲线图；
图5为本发明实施例1中制备的g-C3N4、g-C3N4纳米片和g-C3N4纳米卷的荧光光谱图；
图6为本发明实施例1中制备的g-C3N4、g-C3N4纳米片和g-C3N4纳米卷的光催化活性对比图。
具体实施方式
为进一步说明本发明的技术方案，给出以下具体实施例。需要说明的是，仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采取类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应视为落入本发明的保护范围。
本发明下述实施例中所使用的三聚氰胺、双氰胺、乙醇均为分析纯，甲醇为色谱纯。下述实施例中，采用美国麦克仪器公司的ASAP 2020plus比表面积及孔径分析仪，测定制备的g-C3N4的比表面积。采用法国HORIBA Jobin Yvon公司的Fluorolog-3荧光光谱仪(激发波长为300nm)对制备g-C3N4的光学性质进行表征。采用北京中教金源的CEL-HXF 300Xe灯(λ>400nm)提供的可见光进行光催化还原CO2性能测试。采用北京北分瑞利分析仪器公司的SP-3420A型气相色谱仪对光催化反应后的产物进行定量分析。
实施例1
将5.0g的三聚氰胺，以2℃/min升温速率，在空气氛围下，550℃高温煅烧4小时，自然降温，得到黄色固体；将得到的黄色固体进行研磨，进行二次煅烧，其温度、升温速率、时间与上述煅烧条件相同，再次研磨后得到浅黄色粉末，即为g-C3N4，其比表面积为34.86m2/g；取0.01g得到的浅黄色粉末于圆底烧瓶中，加入100ml异丙醇溶液，超声处理8小时，得到乳白色悬浊液；将得到的悬浊液，以6000r/min离心5min，得到的沉淀经乙醇洗后，干燥6小时，即得到g-C3N4纳米片，比表面积为46.70m2/g；将0.1g g-C3N4纳米片分散于100ml异丙醇中，超声1小时后，取含有纳米片的异丙醇浑浊液，加入到表面皿中，进行60℃恒温鼓风干燥，去除大部分溶剂后，再在0.08Mpa的真空度下，恒温60℃真空干燥6小时，即获得g-C3N4纳米卷，比表面积为52.27m2/g。
取40mg本实施例制备的g-C3N4纳米卷光催化剂于纯石英的透明密闭反应器中，加入50ml甲醇(色谱纯)，向反应器内通入CO2，排出反应器内的空气，营造二氧化碳氛围，并使密闭容器内CO2的相对压力保持在1.5Kpa。
将Xe灯灯头对准石英反应器正上方，距离反应器顶部10cm处，打开Xe灯调整电压，控制输出功率为50W，在5℃下，照射透明反应器，进行6小时光照实验，通过反应器的取样口取2ml反应液，在气相色谱上对产物甲酸甲酯定量分析。
另外，取本实施例中对制备的g-C3N4与g-C3N4纳米片，在上述相同的条件下进行光催化性能测试。
结果显示：本实施例制备的g-C3N4、g-C3N4纳米片和g-C3N4纳米卷还原CO2制备甲酸甲酯的生成速率分别为220.41μmol/g/h、392.13μmol/g/h、737.28μmol/g/h。
实施例中，对煅烧得到的产物进行热氧化剥离，得到g-C3N4(SEM图如图1所示)，再通过物理超声，剥离得到g-C3N4纳米片(SEM图如图2所示)，通过异丙醇在真空条件下诱导，得到了如图3所示SEM图中具有卷状结构的g-C3N4纳米卷，通过分析制备的不同形貌g-C3N4催化剂氮气吸附脱附曲线(如图4所示)和荧光光谱图(如图5所示)，发现g-C3N4纳米卷具有最高的比表面积和较低的光生电子-空穴复合率，并应用于光催化还原CO2制备甲酸甲酯，生成速率为737.28μmol/g/h(如图6所示)。
实施例2
将5.0g的三聚氰胺，以3℃/min升温速率，在空气氛围下，520℃高温煅烧3小时，自然降温，得到黄色固体；将得到的黄色固体进行研磨，进行二次煅烧，其温度、升温速率、时间与上述煅烧条件相同，再次研磨后得到浅黄色粉末，为g-C3N4，其比表面积为24.36m2/g；取0.03g得到的浅黄色粉末于圆底烧瓶中，加入80ml异丙醇溶液，超声处理6小时，得到乳白色悬浊液；将得到的悬浊液，以5500r/min离心4min，得到的沉淀经乙醇洗后，干燥6小时，即得到g-C3N4纳米片，比表面积为31.94m2/g；将0.08g g-C3N4纳米片分散于80ml异丙醇中，超声1小时后，取含有纳米片的异丙醇浑浊液，加入到表面皿中，进行70℃恒温鼓风干燥，去除大部分溶剂后，再在0.07Mpa的真空度下，恒温80℃真空干燥4小时，即获得g-C3N4纳米卷，比表面积为38.76m2/g。
取40mg本实施例制备的g-C3N4纳米卷光催化剂于纯石英的透明密闭反应器中，加入50ml甲醇(色谱纯)，向反应器内通入CO2，排出反应器内的空气，营造二氧化碳氛围，并使密闭容器内CO2的相对压力保持在1.5Kpa。
将Xe灯灯头对准石英反应器正上方，距离反应器顶部10cm处，打开Xe灯调整电压，控制输出功率为50W，在5℃下，照射透明反应器，进行6小时光照实验，通过反应器的取样口取2ml反应液，在气相色谱上对产物甲酸甲酯定量分析。
本实施例中对制备的g-C3N4与g-C3N4纳米片，在上述相同的条件下进行性能测试。
结果显示：本实施例制备的g-C3N4、g-C3N4纳米片和g-C3N4纳米卷还原CO2制备甲酸甲酯的生成速率分别为204.35μmol/g/h、294.67μmol/g/h、519.54μmol/g/h。
实施例3
将5.0g的三聚氰胺，以4℃/min升温速率，在空气氛围下，530℃高温煅烧5小时，自然降温，得到黄色固体；将得到的黄色固体进行研磨，进行二次煅烧，其温度、升温速率、时间与上述煅烧条件相同，再次研磨后得到浅黄色粉末，为g-C3N4，其比表面积为28.48m2/g；取0.05g得到的浅黄色粉末于圆底烧瓶中，加入60ml异丙醇溶液，超声处理4小时，得到乳白色悬浊液；将得到的悬浊液，以5000r/min离心5min，得到的沉淀经乙醇洗后，干燥6小时，即得到g-C3N4纳米片，比表面积为35.29m2/g；将0.05g g-C3N4纳米片分散于60ml异丙醇中，超声1小时后，取含有纳米片的异丙醇浑浊液，加入到表面皿中，进行80℃恒温鼓风干燥，去除大部分溶剂后，再在0.05Mpa的真空度下，恒温70℃真空干燥8小时，即获得g-C3N4纳米卷，比表面积为43.82m2/g。
取40mg本实施例制备的g-C3N4纳米卷光催化剂于纯石英的透明密闭反应器中，加入50ml甲醇(色谱纯)，向反应器内通入CO2，排出反应器内的空气，营造二氧化碳氛围，并使密闭容器内CO2的相对压力保持在1.5Kpa。
将Xe灯灯头对准石英反应器正上方，距离反应器顶部10cm处，打开Xe灯调整电压，控制输出功率为50W，在5℃下，照射透明反应器，进行6小时光照实验，通过反应器的取样口取2ml反应液，在气相色谱上对产物甲酸甲酯定量分析。
本实施例中对制备的g-C3N4与g-C3N4纳米片，在上述相同的条件下进行性能测试。
结果显示：本实施例制备的g-C3N4、g-C3N4纳米片和g-C3N4纳米卷还原CO2制备甲酸甲酯的生成速率分别为217.92μmol/g/h、318.74μmol/g/h、634.08μmol/g/h。
实施例4
将5.0g的双氰胺，以5℃/min升温速率，在空气氛围下，500℃高温煅烧6小时，自然降温，得到黄色固体；将得到的黄色固体进行研磨，进行二次煅烧，其温度、升温速率、时间与上述煅烧条件相同，再次研磨后得到浅黄色粉末，为g-C3N4，其比表面积为22.49m2/g；取0.01g得到的浅黄色粉末于圆底烧瓶中，加入100ml异丙醇溶液，超声处理8小时，得到乳白色悬浊液；将得到的悬浊液，以6500r/min离心4min，得到的沉淀经乙醇洗后，干燥6小时，即得到g-C3N4纳米片，比表面积为30.68m2/g；将0.1g g-C3N4纳米片分散于100ml异丙醇中，超声1小时后，取含有纳米片的异丙醇浑浊液，加入到表面皿中，进行60℃恒温鼓风干燥，去除大部分溶剂后，再在0.08Mpa的真空度下，恒温60℃真空干燥6小时，即获得g-C3N4纳米卷，比表面积为36.59m2/g。
取40mg本实施例制备的g-C3N4纳米卷光催化剂于纯石英的透明密闭反应器中，加入50ml甲醇(色谱纯)，向反应器内通入CO2，排出反应器内的空气，营造二氧化碳氛围，并使密闭容器内CO2的相对压力保持在1.5Kpa。
将Xe灯灯头对准石英反应器正上方，距离反应器顶部10cm处，打开Xe灯调整电压，控制输出功率为50W，在5℃下，照射透明反应器，进行6小时光照实验，通过反应器的取样口取2ml反应液，在气相色谱上对产物甲酸甲酯定量分析。
本实施例中对制备的g-C3N4与g-C3N4纳米片，在上述相同的条件下进行性能测试。
结果显示：本实施例制备的g-C3N4、g-C3N4纳米片和g-C3N4纳米卷还原CO2制备甲酸甲酯的生成速率分别为201.46μmol/g/h、286.37μmol/g/h、553.76μmol/g/h。
实施例5
将5.0g的双氰胺，以3℃/min升温速率，在空气氛围下，520℃高温煅烧4小时，自然降温，得到黄色固体；将得到的黄色固体进行研磨，进行二次煅烧，其温度、升温速率、时间与上述煅烧条件相同，再次研磨后得到浅黄色粉末，为g-C3N4，其比表面积为23.86m2/g；取0.03g得到的浅黄色粉末于圆底烧瓶中，加入80ml异丙醇溶液，超声处理6小时，得到乳白色悬浊液；将得到的悬浊液，以6000r/min离心6min，得到的沉淀经乙醇洗后，干燥6小时，即得到g-C3N4纳米片，比表面积为28.91m2/g；将0.08g g-C3N4纳米片分散于80ml异丙醇中，超声1小时后，取含有纳米片的异丙醇浑浊液，加入到表面皿中，进行70℃恒温鼓风干燥，去除大部分溶剂后，再在0.06Mpa的真空度下，恒温70℃真空干燥8小时，即获得g-C3N4纳米卷，比表面积为34.64m2/g。
取40mg本实施例制备的g-C3N4纳米卷光催化剂于纯石英的透明密闭反应器中，加入50ml甲醇(色谱纯)，向反应器内通入CO2，排出反应器内的空气，营造二氧化碳氛围，并使密闭容器内CO2的相对压力保持在1.5Kpa。
将Xe灯灯头对准石英反应器正上方，距离反应器顶部10cm处，打开Xe灯调整电压，控制输出功率为50W，在5℃下，照射透明反应器，进行6小时光照实验，通过反应器的取样口取2ml反应液，在气相色谱上对产物甲酸甲酯定量分析。
本实施例中对制备的g-C3N4与g-C3N4纳米片，在上述相同的条件下进行性能测试。
结果显示：本实施例制备的g-C3N4、g-C3N4纳米片和g-C3N4纳米卷还原CO2制备甲酸甲酯的生成速率分别为203.29μmol/g/h、289.73μmol/g/h、543.08μmol/g/h。
实施例6
将5.0g的双氰胺，以4℃/min升温速率，在空气氛围下，560℃高温煅烧5小时，自然降温，得到黄色固体；将得到的黄色固体进行研磨，进行二次煅烧，其温度、升温速率、时间与上述煅烧条件相同，再次研磨后得到浅黄色粉末，为g-C3N4，其比表面积为24.29m2/g；取0.05g得到的浅黄色粉末于圆底烧瓶中，加入60ml异丙醇溶液，超声处理4小时，得到乳白色悬浊液；将得到的悬浊液，以7000r/min离心3min，得到的沉淀经乙醇洗后，干燥6小时，即得到g-C3N4纳米片，比表面积为27.34m2/g；将0.05g g-C3N4纳米片分散于60ml异丙醇中，超声1小时后，取含有纳米片的异丙醇浑浊液，加入到表面皿中，进行80℃恒温鼓风干燥，去除大部分溶剂后，再在0.05Mpa的真空度下，恒温80℃真空干燥4小时，即获得g-C3N4纳米卷，比表面积为31.65m2/g。
取40mg本实施例制备的g-C3N4纳米卷光催化剂于纯石英的透明密闭反应器中，加入50ml甲醇(色谱纯)，向反应器内通入CO2，排出反应器内的空气，营造二氧化碳氛围，并使密闭容器内CO2的相对压力保持在1.5Kpa。
将Xe灯灯头对准石英反应器正上方，距离反应器顶部10cm处，打开Xe灯调整电压，控制输出功率为50W，在5℃下，照射透明反应器，进行6小时光照实验，通过反应器的取样口取2ml反应液，在气相色谱上对产物甲酸甲酯定量分析。
本实施例中对制备的g-C3N4与g-C3N4纳米片，在上述相同的条件下进行性能测试。
结果显示：本实施例制备的g-C3N4、g-C3N4纳米片和g-C3N4纳米卷还原CO2制备甲酸甲酯的生成速率分别为207.60μmol/g/h、278.52μmol/g/h、539.80μmol/g/h。
根据已有相关应用体系的报道(邵啸,尹晓红,杨晓晓,韩啸,张泷方,类石墨相氮化碳的制备及光催化还原CO2性能[J].精细化工,2017,1:75-79.)，g-C3N4应用于还原CO2制备甲酸甲酯的光催化效率为257.3μmol/g/h和512.8μmol/g/h(见下表1)，而本发明实施例中制备的g-C3N4纳米卷应用于CO2制备甲酸甲酯的光催化效率为519.54～737.28μmol/g/h。
表1 g-C3N4催化剂活性表Table 1Photocatalytic activity of g-C3N4 samples
注：u-g-C3N4是以尿素原料制备的g-C3N4；m-g-C3N4是以三聚氰胺制备的g-C3N4
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明未尽事宜为公知技术。
Claims (8)
1.一种g-C3N4纳米卷的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：
(1)将含氮前驱体，在空气氛围中，升温到500～580℃下进行高温煅烧2～6小时，得到黄色固体，再以相同的条件进行二次煅烧，降至室温后，研磨得到浅黄色固体粉末，为g-C3N4；
(2)将淡黄色粉末分散于异丙醇中，超声剥离4～8小时后，得到白色悬浊液；
其中，每50～100ml异丙醇加入0.01～0.05g淡黄色粉末；
(3)将上步得到的悬浊液离心分离3～6min，得到沉淀，经乙醇洗涤干燥后，即得到g-C3N4纳米片；
(4)将g-C3N4纳米片加入到异丙醇中，超声分散后得到浑浊液，再滴加到表面皿中，50～90℃鼓风干燥后，再经4-10小时真空干燥，即得到g-C3N4纳米卷；
其中，每50～100ml异丙醇加入0.05～0.15g的g-C3N4纳米片。
2.如权利要求1所述的g-C3N4纳米卷的制备方法，其特征为所述的步骤(1)中的升温速率为2～5℃/min。
3.如权利要求1所述的g-C3N4纳米卷的制备方法，其特征为所述的步骤(1)中所述的含氮前驱体为三聚氰胺、双氰胺或尿素。
4.如权利要求1所述的g-C3N4纳米卷的制备方法，其特征为所述的步骤(3)中的离心分离的转速为4000～7000r/min。
5.如权利要求1所述的g-C3N4纳米卷的制备方法，其特征为所述的步骤(4)中的真空干燥条件为0.05～0.09Mpa的真空度，恒温50～90℃。
6.如权利要求1所述的g-C3N4纳米卷的应用方法，其特征为用作于CO2制备甲酸甲酯的的光催化剂。
7.如权利要求6所述的g-C3N4纳米卷的应用方法，其特征为包括以下步骤：
(1)取g-C3N4纳米卷光催化剂于纯石英的透明密闭反应器中，加入甲醇，得到悬浮液，再通入CO2，使密闭容器内CO2的相对压力保持在0.5～2Kpa；
其中，每40mg g-C3N4纳米卷加入30～80ml甲醇；
(2)将Xe灯放于石英反应器正上方，在2～8℃下，照射该悬浮液4～8小时，最后得到甲酸甲酯。
8.如权利要求7所述的g-C3N4纳米卷的应用方法，其特征为所述的Xe灯距离反应器5～10cm，功率为20～50W。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911344570.1A CN111068733A (zh) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 一种g-C3N4纳米卷的制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911344570.1A CN111068733A (zh) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 一种g-C3N4纳米卷的制备方法及其应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111068733A true CN111068733A (zh) | 2020-04-28 |
Family
ID=70317153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911344570.1A Pending CN111068733A (zh) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 一种g-C3N4纳米卷的制备方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111068733A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112174100A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-05 | 桂林理工大学 | 一种多层鸡蛋卷状复合超硬相c3n4纳米管及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104108688A (zh) * | 2014-08-01 | 2014-10-22 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种氮化碳纳米带及其二级组装结构的制备方法 |
| CN106115639A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-11-16 | 南京理工大学 | 一种卷曲叶片形纳米层状g‑C3N4的制备方法 |
| CN109647484A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-04-19 | 西安理工大学 | 一种纳米片/纳米管复合结构氮化碳材料的制备方法 |
| CN110075906A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-08-02 | 北华大学 | 一种卷曲状g-C3N4及制备方法和用途 |
| CN110368979A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-10-25 | 南京邮电大学 | 一种管状g-C3N4/CuS/Cu2S纳米复合材料及其制备方法和应用 |
| CN110538672A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-12-06 | 广东工业大学 | 一种复合可见光响应光催化剂材料及其制备方法和应用 |
-
2019
- 2019-12-24 CN CN201911344570.1A patent/CN111068733A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104108688A (zh) * | 2014-08-01 | 2014-10-22 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种氮化碳纳米带及其二级组装结构的制备方法 |
| CN106115639A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-11-16 | 南京理工大学 | 一种卷曲叶片形纳米层状g‑C3N4的制备方法 |
| CN109647484A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-04-19 | 西安理工大学 | 一种纳米片/纳米管复合结构氮化碳材料的制备方法 |
| CN110075906A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-08-02 | 北华大学 | 一种卷曲状g-C3N4及制备方法和用途 |
| CN110538672A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-12-06 | 广东工业大学 | 一种复合可见光响应光催化剂材料及其制备方法和应用 |
| CN110368979A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-10-25 | 南京邮电大学 | 一种管状g-C3N4/CuS/Cu2S纳米复合材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 李克斌: ""g-C3N4及其复合材料的制备及光催化性能研究"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅰ辑》 * |
| 杨晓晓: ""硫化物与g-C3N4复合催化剂的制备及光催化还原CO2性能研究"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅰ辑》 * |
| 焦玉娟等: "石墨相氮化碳改性技术的研究进展", 《现代化工》 * |
| 邵啸等: "类石墨相氮化碳的制备及光催化还原CO_2性能", 《精细化工》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112174100A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-05 | 桂林理工大学 | 一种多层鸡蛋卷状复合超硬相c3n4纳米管及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xia et al. | Localized π-conjugated structure and EPR investigation of g-C3N4 photocatalyst | |
| Guo et al. | A novel Z-scheme g-C3N4/LaCoO3 heterojunction with enhanced photocatalytic activity in degradation of tetracycline hydrochloride | |
| CN112169819A (zh) | 一种g-C3N4 (101)-(001)-TiO2复合材料的制备方法和应用 | |
| Kong et al. | Porous size dependent g-C3N4 for efficient photocatalysts: Regulation synthesizes and physical mechanism | |
| Li et al. | Facial synthesis of dandelion-like g-C3N4/Ag with high performance of photocatalytic hydrogen production | |
| CN109908959B (zh) | 一种核壳型ZnO/贵金属@ZIF-8光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN104907087A (zh) | 一种具有可见光响应的多孔氮化碳/氧化铜纳米棒复合材料的合成方法及应用 | |
| CN101711988B (zh) | NaBiO3/BiOCl异质结光催化剂及其制备方法 | |
| Yu et al. | Preparation of an ultrathin 2D/2D rGO/gC 3 N 4 nanocomposite with enhanced visible-light-driven photocatalytic performance | |
| Zheng et al. | In-situ construction of morphology-controllable 0D/1D g-C3N4 homojunction with enhanced photocatalytic activity | |
| CN106669764B (zh) | 一种软模板法制备掺杂氮化碳纳米材料的方法 | |
| CN102350335A (zh) | 一种室温制备纳米二氧化钛/石墨烯复合水凝胶的方法 | |
| CN111266127A (zh) | 一种氧化亚铜纳米线阵列复合氮化碳负载铜网复合材料及其制备方法和应用 | |
| Cuiyan et al. | Synthesis and visible-light photocatalytic activity of SiC/SiO2 nanochain heterojunctions | |
| Xu et al. | Selective CO2 photoreduction into CO over Ti3C2 quantum dots decorated NH2-MIL-101 (Fe) heterostructures | |
| CN103801354B (zh) | 一种后退火处理的石墨相氮化碳空心球可见光催化剂 | |
| CN113289659B (zh) | 磺酸基官能团改性氮化碳光催化材料的制备方法及应用 | |
| CN111068733A (zh) | 一种g-C3N4纳米卷的制备方法及其应用 | |
| CN106268887A (zh) | 一种复合光催化剂CdS/LaPO4及其制备方法和应用 | |
| CN116371452B (zh) | 一种高效吸附和还原CO2的Cs2CuBr4光催化剂 | |
| 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 | |
| Liu et al. | Enhanced visible light photocatalytic water-splitting activity over LaVO 4/gC 3 N 4 with oxygen defects | |
| CN115010101B (zh) | 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 | |
| CN111097475A (zh) | 一种过氧化氢改性石墨相氮化碳纳米片及其制备方法 | |
| 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 |
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 | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200428 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |