[發(fā)明專利]一種氮化碳納米帶及其二級(jí)組裝結(jié)構(gòu)的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410375765.3
• 申請(qǐng)日: 2014-08-01
• 公開（公告）號(hào): CN104108688A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楚增勇;原博;李公義;蔣振華;胡天嬌;王璟;李義和;王春華;王孝杰;王清華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B21/082
• 分類號(hào): C01B21/082;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙星耀專利事務(wù)所 43205
• 代理人: 張慧;寧星耀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氮化碳納米帶及其二級(jí)組裝結(jié)構(gòu)的制備方法，特別涉及一種制備石墨相氮化碳（g-C₃N₄）納米帶及其二級(jí)組裝結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

氮化碳由碳和氮兩種元素組成，元素儲(chǔ)量豐富，來源廣泛，合成方法簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)性好且易于獲得。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）屬于窄帶隙半導(dǎo)體，其帶隙寬度約為2.7?eV，無毒，不含金屬。同時(shí)，g-C₃N₄還具有良好的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、耐酸堿腐蝕性（在pH從0到14的水溶液中均具有較好的穩(wěn)定性）以及氧化能力強(qiáng)和電子遷移速率高等優(yōu)點(diǎn)。基于上述優(yōu)點(diǎn)，g-C₃N₄可作為一種新型的可見光催化劑使用，可以應(yīng)用在光催化、電催化、有機(jī)加氧脫氫等反應(yīng)中，同時(shí)在其他領(lǐng)域，如能量轉(zhuǎn)換、氣體的儲(chǔ)存和捕獲、水中污染物的凈化、太陽能電池等方面也應(yīng)用良好。

氮化碳常用的制備方法主要有高壓熱解法、氣相沉積法、離子注入法、水熱或溶劑熱合成法和電化學(xué)沉積法等。近年來，一種直接加熱縮聚合單氰胺、二聚氰胺和三聚氰胺等有機(jī)物前驅(qū)體的方法，成為近年來應(yīng)用的比較多的制備g-C₃N₄晶體的方法。但是這些方法制備的塊體材料比表面積往往小于10?m²/g，實(shí)際應(yīng)用范圍有限。

為此，通常考慮向體相氮化碳中引入孔徑可調(diào)的孔結(jié)構(gòu)，或改變氮化碳的納米粒徑及形貌來增加其比表面積。2005年，Vinu等（“Preparation?and?characterization?of?well-ordered?hexagonal?mesoporous?carbon?nitride”Adv?Mater，2005，17：1648）以介孔氧化硅SBA-15為硬模板，制備出具有有序介孔結(jié)構(gòu)的氮化碳MCN-1，但多孔g-C₃N₄?合成后，需要去除硬模板，往往需要使用劇毒的HF或NH₄HF₂，對(duì)人體的傷害較大。除了多孔結(jié)構(gòu)外,?還可利用空間限域法、合成打碎法、熱剝離法、溶劑剝離法等制備得到一系列不同形貌的氮化碳量子點(diǎn)、納米線、納米管、納米帶、納米棒、納米顆粒、納米球、納米簇（參見“高比表面積石墨化氮化碳的制備及應(yīng)用”，石油學(xué)報(bào)，2014，30：158）。例如，Li等（“Condensed?graphitic?carbon?nitride?nanorods?by?nanoconfinement：Promotion?of?crystallinity?on?photocatalytic?conversion”?Chem?Mater，2011，23：4344）以陽極氧化鋁作為模板、腈胺為前驅(qū)體，通過限域熱縮聚制備得到高結(jié)晶度及光催化性能的氮化碳納米棒；?Yang等人（“Synthesis?and?characterization?of?nitrogen-rich?carbon?nitride?nanobelts?by?pyrolysis?of?melamine”?Appl?Phys?A，2011，105：161）利用三聚氰胺為前驅(qū)體，分別在700℃、1000℃兩步處理法得到了纖維形貌的納米帶狀產(chǎn)物；?Zhao等人（“Large-scale?synthesis?of?nitrogen-rich?carbon?nitride?microfibers?by?using?graphitic?carbon?nitride?as?precursor”?Adv?Mater，2008，20：1777）利用氮化碳為前驅(qū)體在緩慢升溫至680℃制備了直徑接近微米的長(zhǎng)纖維；Li等（“Synthesis?and?characterization?of?graphite-like?carbon?nitride?nanobelts?and?nanotubes”?Nanotechnology，2007，18：1）以二氰二胺和三聚氰胺為前驅(qū)體，在290℃、4.5～5?MPa的條件下得到了納米帶、納米管狀產(chǎn)物。

已有氮化碳納米結(jié)構(gòu)的制備方法均在某種程度上利用了環(huán)狀結(jié)構(gòu)氮化碳的穩(wěn)定性，或者借助模板構(gòu)筑納米結(jié)構(gòu)，或者利用其升華重組特性生長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)。但是，在模板制備方法中，作為硬模板氧化硅去除困難；在生長(zhǎng)制備方法中，高溫生長(zhǎng)的納米結(jié)構(gòu)難以再進(jìn)行二級(jí)組裝，難以構(gòu)筑更高級(jí)的納米結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容