[發明專利]具有三維有序大孔結構的氮化碳光催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201510085367.2
• 申請日: 2015-02-16
• 公開（公告）號: CN104607231B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 曹鑫;孫建華;王宇謙;劉玉海;張慧
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C01B21/082
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產權代理有限公司32214
• 代理人: 孫培英

技術領域

??本發明屬于光催化技術領域，具體涉及一種具有三維有序大孔結構的氮化碳光催化劑及其制備方法。

背景技術

半導體光催化是半導體催化劑在可見光或紫外光作用下產生電子-空穴對，吸附在半導體表面的O₂、H₂O及污染物分子接受光生電子或空穴，發生一系列的氧化還原反應的一種光化學方法。

氮化碳是一種有機聚合物半導體，因其有可以響應可見光特性，在水中比較穩定且無毒，而且比較容易制備等特征，引起了科研工作者的廣泛關注。氮化碳在光催化、多相催化、燃料電池等領域具有潛在的應用前景，尤其是在可見光條件下催化分解水制備氫氣上，氮化碳具有高效、無毒、穩定等獨特的優勢。

氮化碳材料表面的孔結構和比表面積的大小在其應用性能上起著十分重要的作用。目前，常見的制備氮化碳的方法有熔融法、軟模版法、硬模版法等，并且通過各種技術得到了氮化碳的納米片、納米棒、納米球、介孔氮化碳等納米材料。

例如中國專利文獻CN?103623856?A（申請號?201310663870.2）公開了一種多級納米結構的球狀介孔氮化碳光催化劑，所述的球狀介孔氮化碳具有以納米片或類似納米片的小顆粒由球心向四周均勻地擴散形成表面結構高度敞開、納米結構高度穩定的微納結構。制備方法包括以下步驟：（1）合成表面結構高度敞開的球狀介孔二氧化硅；（2）將球狀介孔二氧化硅于高溫煅燒除去有機物后，研磨，在加熱攪拌下加入稀鹽酸進行酸處理，離心，烘干，研磨；（3）在含抽濾頭的燒瓶中，加入二氧化硅和氰胺，在真空條件下，超聲和加熱；加水離心除去過量氰胺，烘干；將固體粉末于723K～923K氮氣爐中高溫煅燒2～8h；用NH₄HF₂溶液刻蝕除去二氧化硅模板，水洗，烘干，即得球狀介孔氮化碳。按照上述方法得到的球狀介孔氮化碳表面具有介孔結構，比表面積較大，但是合成方法復雜，合成成本較高，并且介孔孔徑較小，無法負載其他粒徑較大的材料。

又例如中國專利文獻CN?103721745?A（申請號?201410006468.1）公開了一種共聚合改性有序介孔氮化碳光催化劑，所述的共聚合改性有序介孔氮化碳具有圓柱棒狀的微觀形貌和二維六方P6mm有序排列的規則介孔孔道，光吸收帶邊在450nm～700nm。制備方法包括以下步驟：（1）合成二維六方P6mm?SBA-15型有序介孔二氧化硅；（2）SBA-15型有序介孔二氧化硅經高溫煅燒、研磨后，在加熱條件下邊攪拌邊加入稀鹽酸，離心，沉淀物經干燥，得酸化后的有序介孔二氧化硅；（3）氰胺、3-氨基噻吩-2-甲腈和酸化后的有序介孔二氧化硅混合，在加熱條件下超聲并抽真空；加水離心，干燥，于450℃～650℃氮氣爐高溫熱聚合2～8小時；用氟化氫銨溶液除去二氧化硅模板，水洗，干燥，即得共聚合改性的有序介孔氮化碳。同樣的，該專利文獻所公開的共聚合改性的有序介孔氮化碳合成方法復雜，成本較高，介孔孔道大小難以調節，無法負載其他粒徑較大的材料。

發明內容

?本發明所要解決的技術問題是提供一種具有三維有序大孔結構的氮化碳光催化劑及其制備方法。

實現本發明第一目的的技術方案是一種具有三維有序大孔結構的氮化碳光催化劑，具有排列規整的三維有序多孔形貌，大孔空腔為球形，直徑為100nm～300nm；相鄰的兩個大孔球心的距離為110nm～350nm。

實現本發明第二目的的技術方案是一種具有三維有序大孔結構的氮化碳光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

①制備三維有序的二氧化硅球陣列模板；將乙醇、水、氨水混合攪拌均勻得到混合溶液；向混合溶液中加入正硅酸四乙酯，攪拌3～4小時后，將反應后得到的物料離心，去除離心母液，離心得到的沉淀用乙醇洗滌，烘干得到二氧化硅球；乙醇、水、氨水、正硅酸四乙酯的質量之比為50∶（5～18）∶（2～6）∶（3～8）。

將上述得到的二氧化硅球超聲分散在乙醇中，在超聲分散后得到的懸濁液表面覆蓋薄膜，靜置，待懸濁液揮發至干，得到的白色固體為三維有序排列的二氧化硅球陣列模板。

②具有三維有序大孔結構的氮化碳光催化劑的制備；向步驟①獲得的白色固體中加入氰胺得到固液混合物，然后將固液混合物送入真空干燥箱中，將真空干燥箱中抽真空，將箱內溫度升溫至55℃～70℃，靜置2～4小時后取出，冷卻后得到白色固體，為中間體A；其中步驟①獲得的白色固體與氰胺的質量之比為1∶1～3。

將得到的中間體A放入管式爐中，在氮氣保護下，在520℃～550℃下保持2～4小時，冷卻后得到黃色粉末，為中間體B。