[發明專利]一種類珠鏈狀石墨化氮化碳納米材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510365064.6
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN104986742B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 楊萍;劉雨萌;王俊鵬
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C01B21/082
• 分類號: C01B21/082;B82Y30/00;B82Y40/00;B01J27/24
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所37218
• 代理人: 李桂存

技術領域

本發明屬于半導體材料制備技術領域，涉及一種類珠鏈狀石墨化氮化碳納米材料及其制備方法。

背景技術

類石墨氮化碳是一種較窄禁帶 (禁帶寬度為2.7eV) 的半導體材料，并且具有較高的載流子復合速率。類石墨氮化碳具有熱穩定性好、化學性質穩定等優點，以及不含金屬、無毒、可見光響應等特點，使它成為一種新型光催化劑，在催化劑領域受到廣泛關注，特別是它的光電性質、光降解有機染料、催化有機反應、光解水產氫，使其在電子、光學、生物等很多領域得到廣泛的應用。

目前，制備納米石墨化氮化碳的方法很多，總體上可分為：高溫高壓合成法、物理化學氣象沉積法、化學沉積法、高溫聚合法、模板法等等。模板法雖然能夠得到不同形貌的樣品，但該方法工藝復雜、形貌可控性差，合成難度較高。其中高溫聚合法是指高溫條件下通過前驅體自身縮聚來制備石墨化氮化碳聚合物的一種直接且便利的方法，但是該方法得到的樣品的形貌大都為大塊較厚層狀，很難得到其它形貌的樣品。為了能夠制備出不同形貌且結晶性較高的純相石墨化氮化碳納米材料，需要對高溫聚合法進行不斷改進和創新。

發明內容

本發明針對高溫聚合法制備石墨化納米氮化碳的不足之處，提供了一種類珠鏈狀石墨化氮化碳納米材料，本發明石墨化氮化碳形貌特殊，為類珠鏈狀，結晶性好、表面缺陷少。可用作制備其它材料的模板，或作為貴金屬納米顆粒的載體，在光催化降解有機物、其他納米顆粒負載、以及光催化產氫等應用領域具有廣闊的應用前景，也可廣泛用于生物藥物負載等。

同時，還提供了上述類珠鏈狀石墨化氮化碳納米材料的制備方法，該制備方法具有工藝簡單的優點。

本發明具體技術方案如下：

一種類珠鏈狀石墨化氮化碳納米材料，其特征在于：是由石墨化氮化碳納米棒表面排列類珠狀物凸起形成的類珠鏈狀結構，類珠狀物的直徑尺寸為200~800nm，類珠狀物間距 200～800nm，連接類珠狀物的納米棒直徑為80～500nm，鏈長為5～13.6μm。

其制備方法為：將三聚氰胺溶解到醇液中，得初始溶液；然后加入硝酸溶液，攪拌并析出沉淀，制得氮化碳前驅體固體粉末，然后在惰性氣體保護下，通過煅燒得到類珠鏈狀石墨化氮化碳納米材料。

上述類珠鏈狀石墨化氮化碳納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將三聚氰胺加入醇液中，攪拌得到均勻的初始溶液；

（2）向步驟（1）的初始溶液中逐滴加入硝酸溶液，攪拌，析出沉淀；

（3）將步驟（2）得到的沉淀經離心分離、洗滌、干燥，得到前驅體固體粉末；

（4）將步驟（3）得到的前驅體固體粉末在惰性氣體保護下，加熱到380～450℃，煅燒至三聚氰胺完全分解，冷卻至室溫，得類珠鏈狀石墨化氮化碳納米材料。

步驟（1）中，所述的三聚氰胺溶于醇液的濃度為0.16～0.40mol/L，優選0.16mol/L。

步驟（1）中，所述的醇液為乙二醇或乙二醇與丙三醇的混合液，所述的混合液中乙二醇與丙三醇體積比為1~2:1。

步驟（2）中，所述的硝酸溶液為硝酸的水溶液，濃度為0.1～0.5mol/L；

步驟（2）中，所述的硝酸溶液與醇液的體積比為1~3.6:1。

步驟（2）中，持續攪拌時間為10～60 min。

步驟（3）中，所述的洗滌，洗滌劑依次為水和乙醇。

步驟（4）中，所述的惰性氣體為氮氣。

步驟（4）中，所述的煅燒，升溫速率為10℃/min，煅燒時間為1～5h。

本發明反應機理是：通過硝酸溶液中硝酸根與氫離子自組裝，同時使三聚氰胺質子化，得到質子化的前驅體固體粉末，然后惰性氣體保護下經高溫煅燒聚合進而得到產物。三聚氰胺的氨基為活性反應基團，加入硝酸后，易進行三聚氰胺質子化過程，降低三聚氰胺在醇液中的溶解度。煅燒過程，質子化的三聚氰胺沿白色沉淀納米纖維方向聚合成為層狀聚合物，繼續加熱層狀聚合物達到一定厚度卷曲成棒，由于層狀聚合物厚度不均勻，因此卷曲后的納米棒表面形成類珠鏈狀形貌，在煅燒溫度范圍內，反應溫度越高，聚合物卷曲的越密實，結晶性越好。

本發明類珠鏈狀石墨化氮化碳納米材料：形貌為類珠鏈狀，結晶度高，有較少的表面缺陷，制備過程不使用模板，僅用硝酸進行前驅體處理，通過高溫聚合即可合成類珠鏈狀石墨化氮化碳，豐富了石墨化氮化碳的形貌，在新材料能源方面有廣泛應用前景。本發明優于其它模板法制備的產品，工藝簡單，成本較低，形貌特殊，可用于制備其它物質的模板，具有較好的應用前景。

附圖說明