CN111483985A - 一种超薄c2n纳米片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超薄C2N纳米片的制备方法。所述的超薄C2N纳米片的片层厚度约为10 nm，该超薄C2N纳米片以二氧化硅球为模板，通过自下而上的方法制备得到，具体步骤为：将二氧化硅球置于N‑甲基吡咯烷酮中超声分散，在氮气保护下搅拌；二者体系混合搅拌均匀后冰浴下加入等摩尔的六氨基苯和环己六酮，继续搅拌；转移至175℃油浴继续搅拌回流；冷却至室温，然后倒入去离子水中沉降，抽滤，洗涤，冷冻干燥，氩气保护下450℃退火；HF刻蚀，洗涤，冷冻干燥，获得超薄C2N纳米片。应用本发明制备的超薄C2N纳米片在能源储存与转换领域有较好的应用前景和经济效益。

Description

一种超薄C2N纳米片的制备方法
技术领域
本发明涉及一种超薄C2N纳米片的制备方法，属于纳米材料制备领域。
背景技术
石墨烯材料由于其独特的二维电子晶体结构，被广泛应用于纳米电子学、氢气储存、电池、传感器等方向。具有类石墨烯结构的二维有序晶体材料由于其具有广阔的应用前景，引发了研究热潮。近年，Mahmood等通过简单的湿化学法合成了一种化学计量为C2N的类石墨结构的二维材料[Mahmood, Javeed, et al. "Nitrogenated holey two-dimensional structures." Nature communications 6 (2015): 6486.]，该材料具有均匀分布的孔洞结构和N原子，在电极材料、半导体电子器件、有机催化、气体存储方面都有应用潜力，但通过该方法制备出来的通常为块状结构，层与层之间堆叠严重，影响其性能，严重限制了其应用。Wang等通过自上而下的超声剥离法制备得到了C2N纳米片[Wang, Lei,et al. "Van der Waals Heterostructures Comprised of Ultrathin PolymerNanosheets for Efficient Z‐Scheme Overall Water Splitting." Angewandte ChemieInternational Edition 57.13 (2018): 3454-3458.]。但该方法需要在制备得到C2N的基础上反复超声剥离，耗能严重，且剥离得到的C2N纳米片破碎得比较厉害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超薄C2N纳米片材料及其制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种超薄C2N纳米片的制备方法，包括如下步骤：
第一步，将二氧化硅球在N-甲基吡咯烷酮中超声分散，通N2，继续搅拌；
第二步，冰浴下，向二氧化硅球分散液中加入等摩尔比的六氨基苯和环己六酮，继续搅拌；
第三步，将第二步所得体系转移至175±5 ℃油浴，继续搅拌；
第四步，将第三步产物冷却至室温，倒入去离子水中沉降，抽滤分离，洗涤；
第五步，将第四步所得产物冷冻干燥后，氩气保护下，450±10 ℃退火处理；
第六步，第五步所得产物用HF刻蚀，去除二氧化硅球，用去离子水反复洗涤沉降；
第七步，将第六步所得产物冷冻干燥，获得超薄C2N纳米片。
本发明C2N的制备方法，第一步中，所述的二氧化硅球采用Stober法制备，直径为100 nm,超声分散时间为30~45分钟。
本发明C2N的制备方法，第一步中，搅拌时间为30~45分钟。
本发明C2N的制备方法，第二步中，搅拌时间为240~300分钟。
本发明C2N的制备方法，第三步中，搅拌时间为480~500分钟。
本发明C2N的制备方法，第五步中，退火处理时间为2h。
本发明与现有技术相比，其优点在于：（1）采用自下而上的方法，一步得到超薄C2N纳米片，不需要后期超声剥离，节约能源；（2）制备得到的C2N为超薄纳米材料，片层厚度为10 nm左右，在能源与转换领域具有很好的应用前景。
附图说明
图1是实施案例1所制得超薄C2N纳米片材料的TEM图和SEM图。
图2是实施案例1所制得超薄C2N纳米片材料的XRD图。
图3是实施案例1所制得超薄C2N纳米片材料的电化学性能图。
具体实施方式
本发明的超薄C2N纳米片材料通过以下步骤制备：
第一步，将二氧化硅球在N-甲基吡咯烷酮中超声分散30~45分钟；通N2, 继续搅拌30~45分钟;
第二步，冰浴下，向二氧化硅球分散液中加入等摩尔比的六氨基苯和环己六酮，继续搅拌240~300分钟；
第三步，将第二步所得体系转移至175 ℃油浴，继续搅拌480~500分钟；
第四步，将第三步产物冷却至室温，倒入去离子水中沉降，抽滤分离，分别用去离子水和甲醇洗涤；
第五步，将第四步所得产物冷冻干燥后，氩气保护下450 ℃退火处理2小时；
第六步，第五步所得产物用HF刻蚀，去除二氧化硅球，用去离子水反复洗涤沉降；
第七步，将第六步所得产物冷冻干燥，获得超薄C2N纳米片。
实施案例1：
第一步，将1 g 100 nm二氧化硅球在25 mL N-甲基吡咯烷酮中进行超声分散30~45 分钟；通N2，继续搅拌30~45分钟，得到充分除氧的二氧化硅球分散液；
第二步，冰浴下，向第二步得到的分散液中加入200 mg六氨基苯和227.45 mg环己六酮，继续搅拌240~300分钟；
第三步，将第二步所得体系转移至175 ℃油浴，继续搅拌480~500分钟；
第四步，将第三步产物冷却至室温后倒入去离子水中沉降，抽滤分离，分别用去离子水和甲醇洗涤数次；
第五步，将第四步所得产物冷冻干燥后，氩气保护下450 ℃退火处理120 分钟；
第六步，第五步所得产物用HF刻蚀，去除二氧化硅球，用去离子水反复洗涤沉降；
第七步，将第六步所得产物冷冻干燥，获得超薄C2N纳米片。
图1 为所获得的超薄C2N纳米片的SEM与TEM图；图2为所制备得到的超薄C2N纳米片的XRD图；图3 为所获得的超薄C2N纳米片的电化学性能图，在1 A g-1下，容量能达到192.66F g-1, 在20 A g-1下，容量能达到125.5 F g-1。
实施案例2：
第一步，将1.5 g 100 nm二氧化硅球在25 mL N-甲基吡咯烷酮中进行超声分散30~45分钟；通N2，继续搅拌30~45分钟，得到充分除氧的二氧化硅球分散液；
第二步，冰浴下，向第二步得到的分散液中加入200 mg六氨基苯和227.45 mg环己六酮，继续搅拌240~300分钟；
第三步，将第二步所得体系转移至175 ℃油浴，继续搅拌480~500分钟；
第四步，将第三步产物冷却至室温后倒入去离子水中沉降，抽滤分离，分别用去离子水和甲醇洗涤数次；
第五步，将第四步所得产物冷冻干燥后，氩气保护下450 ℃退火处理120 分钟；
第六步，第五步所得产物用HF刻蚀，去除二氧化硅球，用去离子水反复洗涤沉降；
第七步，将第六步所得产物冷冻干燥，获得超薄C2N纳米片。

Claims (7)

1.一种超薄C2N纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，将二氧化硅球在N-甲基吡咯烷酮中超声分散，通N2，继续搅拌；
第二步，冰浴下，向二氧化硅球分散液中加入等摩尔比的六氨基苯和环己六酮，继续搅拌；
第三步，将第二步所得体系转移至175±5 ℃油浴，继续搅拌；
第四步，将第三步产物冷却至室温，倒入去离子水中沉降，抽滤分离，洗涤；
第五步，将第四步所得产物冷冻干燥后，氩气保护下，450±10 ℃退火处理；
第六步，第五步所得产物用HF刻蚀，去除二氧化硅球，用去离子水反复洗涤沉降；
第七步，将第六步所得产物冷冻干燥，获得超薄C2N纳米片。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步中，所述的二氧化硅球采用Stober法制备，直径为100 nm，超声分散时间为30~45分钟。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步中，搅拌时间为30~45分钟。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步中，搅拌时间为240~300分钟。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第三步中，搅拌时间为480~500分钟。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第五步中，退火处理时间为2h。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，制得的超薄C2N纳米片的片层厚度不大于10nm。
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