一种聚三嗪基晶相氮化碳纳米片的制备方法以及应用

本发明属于多相催化和光催化分解水领域，具体涉及一种聚三嗪基晶相氮化碳纳米片催化材料及其制备方法和在光催化分解水制氢中的应用。

背景技术：

1、光催化分解水制氢是一种环保且温和的制取氢气的方法。光催化分解水制氢技术是催化剂在光照以及水的存在下，将水分解为氢气和氧气的过程。其技术重点是催化剂在光激发后产生的电子和空穴是否能有效的分离和利用，从而进行能量和电子的传递。因此提高光生载流子的利用效率是提高太阳能转化为氢能效率的关键。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种聚三嗪基晶相氮化碳纳米片的制备方法及应用，其是利用晶相氮化碳纳米片光生载流子分离效率高并且迁移距离短的特点，设计合成聚三嗪基晶相氮化碳纳米片，将其作为催化剂应用于光催化全分解水，以促进光生载流子的分离与迁移，提高光生载流子的利用效率，从而提高催化反应效率。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种聚三嗪基晶相氮化碳纳米片，其制备包括以下步骤：

4、1）将二聚氰胺、氯化钠、氯化钾、氯化锂按比例混合后，经热处理得到与熔盐混合的聚合物氮化碳；

5、2）将所得聚合物氮化碳于真空状态下进行二次热处理，得到与熔盐混合的聚三嗪基晶相氮化碳纳米片；

6、3）将所得聚三嗪基晶相氮化碳纳米片分散于纯水中，并用纯水过滤洗涤至洗出液离子强度为0，再于60℃干燥过夜，即得到聚三嗪基晶相氮化碳纳米片的白色粉末。

7、进一步地，步骤（1）中所用二聚氰胺、氯化钠、氯化钾、氯化锂的质量比为1:3:6:1-1:5:4:1。

8、进一步地，步骤（1）中所述热处理的温度为300-400℃，时间为2-6 h，升温速率为60-120℃/h。

9、进一步地，步骤（2）中所述热处理的温度为500-600℃，时间为4-48 h。

10、所述聚三嗪基晶相氮化碳纳米片可用于光催化分解水制氢，其具体是以所述聚三嗪基晶相氮化碳纳米片为催化剂，在以纯水作为反应物的条件下将纯水分解为氢气和氧气。本发明提供了一种廉价、稳定、高效、环保的碳氮基聚合物催化剂的使用方法，具有潜在的应用前景。

11、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

12、（1）本发明利用聚合物氮化碳具有合适的全水分解能带结构，设计合成了一种聚三嗪基晶相氮化碳纳米片催化剂，将其引入到光催化分解水的反应中，可利用晶相氮化碳纳米片光生载流子分离效率高并且迁移距离短的特点，提高催化剂的光吸收能力，进而促进了光生载流子的分离与迁移，提高了光生载流子的利用效率，从而提高了催化反应效率。

13、（2）本发明催化剂制作工艺简单，成本低，稳定性强。催化反应条件温和、绿色环保，有利于大规模工业化生产与应用以及保障能源安全。

技术特征：

1.一种聚三嗪基晶相氮化碳纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所用二聚氰胺、氯化钠、氯化钾、氯化锂的质量比为1:3:6:1-1:5:4:1。

3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述热处理的温度为300-400℃，时间为2-6 h。

4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述热处理的温度为500-600℃，时间为4-48 h。

5.一种如权利要求1~4任一项所述方法制得的聚三嗪基晶相氮化碳纳米片。

6.一种如权利要求5所述的聚三嗪基晶相氮化碳纳米片在光催化分解水制氢中的应用。

技术总结本发明公开了一种聚三嗪基晶相氮化碳纳米片及其制备方法和其在光催化分解水制氢中的应用。其是以二聚氰胺与氯化钠、氯化钾、氯化锂为原料，经熔盐法制备所述聚三嗪基晶相氮化碳纳米片。本发明方法操作简单，反应条件温和，可重复性高，易合成，具有一定的工业化应用前景。利用所得聚三嗪基晶相氮化碳纳米片为催化剂，可将纯水分解为氢气和氧气，且其可促进光生载流子的分离与迁移，提高光生载流子的利用效率，从而提高反应效率，具有潜在的应用前景。技术研发人员：王心晨,张贵刚,王乾,潘志明,郑丹丹,汪思波,侯乙东受保护的技术使用者：福州大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27