[發明專利]三維多孔g-C3N4材料的制備方法

在審

• 申請號: 201410468720.0
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104292236A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 楊輝;沈建超;申乾宏;馮宇;蔡奇風
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C07D487/22
• 分類號: C07D487/22;B01J31/06;B01J35/10
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本發明是關于半導體材料領域，特別涉及一種三維多孔g-C₃N₄材料的制備方法。

背景技術

類石墨狀氮化碳(g-C₃N₄)因其特殊的物理化學性能，在太陽能利用、環境保護等領域顯示了良好的應用前景，已引起廣泛關注。然而，采用傳統方法制備的g-C₃N₄多為密實塊體顆粒，比表面積較低、光催化活性較差，限制了其廣泛應用。目前，主要采用硬模板和軟模板法控制三聚氰胺或尿素等前驅體的前期聚合過程，以獲得多孔大比表面的g-C₃N₄材料；或者采用物理化學方法對塊狀g-C₃N₄進行后期處理，以獲得納米管、納米片等納米結構材料。但是，硬模板在后期處理過程中需用HF或NH₄HF₂等毒性較強的溶液來溶解，軟模板又常在g-C₃N₄基體中引入過量的碳原子，形成額外的激子復合位點，降低了光催化活性。而通過后期處理得到的納米結構材料，產率極低，且在實際應用中仍存在難以回收的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種三維多孔g-C₃N₄材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明的解決方案是：

提供一種三維多孔g-C₃N₄材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟A：在攪拌條件下，將H₂SO₄水溶液逐滴加入80℃的三聚氰胺水溶液中形成白色懸浮液；繼續攪拌2h后獲得沉淀；將該沉淀過濾，并用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌三次，在60℃干燥處理24h后獲得三聚氰胺硫酸鹽；

其中，所述H₂SO₄水溶液的摩爾濃度為0.02mol/L～2mol/L，三聚氰胺水溶液的摩爾濃度為0.02mol/L～2mol/L，控制反應物的量使H₂SO₄與三聚氰胺摩爾比為5∶1～0.5∶1；

步驟B：將三聚氰胺硫酸鹽放入剛玉舟中，隨后放置在管式爐中進行燒結，待冷卻至室溫后，將獲得的黃色聚合產物研磨至粉狀顆粒，獲得g-C₃N₄顆粒；

其中，管式爐中燒結的保護氣氛為惰性氣體，燒結機制為先快速升溫至380℃，后緩慢升溫至450℃～550℃并保溫2h～6h，其中快速升溫段升溫速率為10℃/min，緩慢升溫段升溫速率為2℃/min；

步驟C：g-C₃N₄水熱質子化工藝：

將步驟B中獲得的g-C₃N₄顆粒分散到無水乙醇中得到分散體系，超聲處理1h后，以50r/min的轉速下向該分散體系中逐滴加入H₂SO₄水溶液，持續攪拌18h后在密閉條件下水浴攪拌處理，隨后轉移至水熱反應釜進行水熱反應，水熱反應后所得沉淀過濾，并用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌三次，最后以60℃烘干處理，即為1次g-C₃N₄水熱質子化工藝操作；完成上述g-C₃N₄水熱質子化工藝操作1～3次，獲得三維多孔g-C₃N₄材料；

其中，g-C₃N₄顆粒在分散體系中的固含量為0.5％-2％，H₂SO₄水溶液的摩爾濃度為0.05mol/L～0.2mol/L，控制H₂SO₄與g-C₃N₄的摩爾比4∶1～1∶1；水浴溫度為70℃～90℃，水浴處理時間為2h～6h；水熱反應溫度為120℃～180℃，水熱反應時間為12h～36h。

本發明中，所述步驟B中黃色聚合產物的研磨工藝為球磨工藝，該工藝條件為：球料比30∶1，球磨速率200r/min，球磨時間4h。

本發明中，所述步驟B中的惰性氣體為氬氣。