本發(fā)明涉及環(huán)保新材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種類石墨烯c3n4材料及其制備方法和用途。

背景技術(shù)：

能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題迫在眉睫，環(huán)境光催化技術(shù)被認(rèn)為是一種低成本、綠色能源環(huán)保技術(shù)；目前高性能、可見(jiàn)光響應(yīng)光催化材料的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)成為光催化技術(shù)發(fā)展的方向。

石墨相氮化碳（graphiticcarbonnitride,簡(jiǎn)稱g-c3n4）是一種獨(dú)特的由非金屬元素構(gòu)成的半導(dǎo)體光催化劑，由于其表面特殊的酸堿特性、良好的可見(jiàn)光響應(yīng)性能、合適的能帶結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，以及合成原料廉價(jià)、合成方法簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在光催化領(lǐng)域獲得越來(lái)越多的關(guān)注。g-c3n4材料存在光生電子和空穴對(duì)復(fù)合率較高、量子效率低、比表面積小等缺點(diǎn)；將層狀石墨型g-c3n4剝離成單層或少層氮化碳材料，使其具有高比表面積、優(yōu)異的電子傳導(dǎo)性能，能夠達(dá)到提高光催化性能的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種類石墨烯c3n4材料及其制備方法和用途，通過(guò)短時(shí)間熱處理、氣相剝離制備具有單層或少層結(jié)構(gòu)的類石墨烯c3n4材料，制備簡(jiǎn)單，該類石墨烯c3n4材料能有效光催化降解有機(jī)污染物，應(yīng)用于光解水制氫，提高光解水制氫反應(yīng)效率。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種類石墨烯c3n4材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將石墨型g-c3n4材料放置馬弗爐中，在空氣氣氛下煅燒，反應(yīng)溫度為500-600℃，反應(yīng)時(shí)間為3-10分鐘；

步驟2：在高溫下將g-c3n4材料取出，立即置于液氮之中；

步驟3：液氮揮發(fā)完畢，再次放入馬弗爐中，500-600℃煅燒3-10分鐘，高溫下將g-c3n4材料取出后再次置于液氮之中，如此反復(fù)3-10次，即得到類石墨烯c3n4材料。

優(yōu)選地，一種類石墨烯c3n4材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將石墨型g-c3n4材料放置馬弗爐中，在空氣氣氛下煅燒，反應(yīng)溫度為500-550℃，反應(yīng)時(shí)間為4-5分鐘；

步驟2：在高溫下將g-c3n4材料取出，立即置于液氮之中；

步驟3：液氮揮發(fā)完畢，再次放入馬弗爐中，500-550℃煅燒4-5分鐘，高溫下將g-c3n4材料取出后再次置于液氮之中，如此反復(fù)5-10次，即得到類石墨烯c3n4材料。

優(yōu)選地，所述石墨烯g-c3n4的合成方法為：將尿素放置到馬弗爐中煅燒，通過(guò)程序升溫，在空氣下于500-550℃反應(yīng)3-5h，合成石墨型g-c3n4材料。

優(yōu)選地，得到的所述類石墨烯c3n4材料的比表面積為80-196m²/g，厚度為0.7-3nm，在水中能夠均勻分散。

一種類石墨烯c3n4材料，采用上述一種類石墨烯c3n4材料的制備方法制成的。

一種類石墨烯c3n4材料的用途，可用于在可見(jiàn)光下對(duì)有機(jī)染料降解，或用于光解水制氫。

附圖說(shuō)明

圖1為dft計(jì)算n2插入體相c3n4層間示意圖；

圖2為本發(fā)明的類石墨烯c3n4材料的x射線衍射圖譜；

圖3為本發(fā)明的類石墨烯c3n4材料透射電子顯微鏡圖片；

圖4為本發(fā)明的類石墨烯c3n4材料afm圖；

圖5為本發(fā)明的類石墨烯c3n4材料的光催化活性；

圖6為本發(fā)明的類石墨烯c3n4材料光解水制氫活性和穩(wěn)定性。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)施例1

將20g尿素放入到馬弗爐中進(jìn)行煅燒，通過(guò)程序升溫，于550℃反應(yīng)4h，合成石墨型g-c3n4材料，將550℃下的g-c3n4材料取出，立即置于液氮之中，液氮揮發(fā)完畢，再次放入550℃馬弗爐中，煅燒5分鐘，再次置于液氮之中，如此反復(fù)5次，然后超聲分散30分鐘，離心分離后真空干燥，得到白色類石墨烯c3n4材料。

氣相剝離制備類石墨烯c3n4，如圖1所示，通過(guò)dft計(jì)算n2小分子可以插入體相c3n4層間，從而使體相c3n4體積膨脹，減弱層層之間的范德華力，從而實(shí)現(xiàn)少層類石墨烯c3n4的制備。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)熱處理的石墨型g-c3n4體積膨脹，快速置于液氮之中，液氮小分子很容易進(jìn)入石墨型g-c3n4層層之中，利用液氮分子的快速氣化，石墨型g-c3n4瞬間體積膨脹，將石墨型g-c3n4層層斷開(kāi)。

利用xrd、tem、afm等表征方法確定其結(jié)構(gòu)和組成；類石墨烯c3n4材料的xrd、tem和afm圖如圖2、3、4所示；圖2、3、4中可以發(fā)現(xiàn)，制備得到的材料的厚度為1.5nm，層數(shù)在10層以下；xrd分析表明合成的材料在27.8°處有明顯衍射峰；tem分析發(fā)現(xiàn)合成的材料具有薄層狀特征，表明合成的材料為類石墨烯c3n4。

圖5為類石墨烯c3n4材料光催化降解甲基橙染料效果實(shí)驗(yàn)圖。圖中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于10mg/l的甲基橙，在可見(jiàn)光下照射50min，對(duì)甲基橙的降解率達(dá)到97%。

圖6為類石墨烯c3n4材料光解水制氫活性和穩(wěn)定性，類石墨烯c3n4材料產(chǎn)氫率為190μmol/h，石墨型g-c3n4產(chǎn)氫率為40μmol/h，產(chǎn)氫率提高4.8倍，光照4h，循環(huán)3次后，產(chǎn)氫率為160μmol/h，產(chǎn)氫率稍有降低，表明該類石墨烯c3n4材料有良好的光解水制氫活性和穩(wěn)定性。

實(shí)例2將20g尿素放入到馬弗爐中進(jìn)行煅燒，通過(guò)程序升溫，于550℃反應(yīng)3h，合成石墨型g-c3n4材料，將550℃下的g-c3n4材料取出，立即置于液氮之中，液氮揮發(fā)完畢，再次放入550℃馬弗爐中，煅燒4分鐘，再次置于液氮之中，如此反復(fù)10次，然后超聲分散30分鐘，離心分離后真空干燥，得到白色類石墨烯c3n4材料。

利用xrd、tem、afm等表征方法確定其結(jié)構(gòu)和組成，afm譜圖發(fā)現(xiàn)制備得到的材料的厚度為2.0nm，層數(shù)在10層以下；xrd分析表明合成的材料在27.8°處有明顯衍射峰；tem分析發(fā)現(xiàn)合成的材料具有薄層狀特征，表明合成的材料為類石墨烯c3n4。

類石墨烯c3n4材料光催化降解10mg/l的甲基橙，在可見(jiàn)光下照射50min，對(duì)甲基橙的降解率達(dá)到95%。同時(shí)該材料產(chǎn)氫率為195μmol/h，石墨型g-c3n4產(chǎn)氫率為40μmol/h，產(chǎn)氫率提高4.9倍，光照4h，循環(huán)3次后，產(chǎn)氫率為162μmol/h，產(chǎn)氫率稍有降低，表明該類石墨烯c3n4材料有良好的光解水制氫活性和穩(wěn)定性。

實(shí)例3將20g尿素放入到馬弗爐中進(jìn)行煅燒，通過(guò)程序升溫，于500℃反應(yīng)5h，合成石墨型g-c3n4材料，將500℃下的g-c3n4材料取出，立即置于液氮之中，液氮揮發(fā)完畢，再次放入500℃馬弗爐中，煅燒6分鐘，再次置于液氮之中，如此反復(fù)6次。然后超聲分散30分鐘，離心分離后真空干燥，得到白色類石墨烯c3n4材料。

利用xrd、tem、afm等表征方法確定其結(jié)構(gòu)和組成，afm譜圖發(fā)現(xiàn)制備得到的材料的厚度為2.6nm，層數(shù)在10層以下；xrd分析表明合成的材料在27.8°處有明顯衍射峰；tem分析發(fā)現(xiàn)合成的材料具有薄層狀特征，表明合成的材料為類石墨烯c3n4。

類石墨烯c3n4材料光催化降解10mg/l的甲基橙，在可見(jiàn)光下照射50min，對(duì)甲基橙的降解率達(dá)到95%。同時(shí)該材料產(chǎn)氫率為185μmol/h，石墨型g-c3n4產(chǎn)氫率為40μmol/h，產(chǎn)氫率提高4.6倍，光照4h，循環(huán)3次后，產(chǎn)氫率為155μmol/h，產(chǎn)氫率稍有降低，表明該類石墨烯c3n4材料有良好的光解水制氫活性和穩(wěn)定性。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍。