[發(fā)明專利]一種石墨相氮化碳多孔微球及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610004677.1
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN106938198B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 黃志軍;袁國卿;李峰波;陳兵峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;B01J35/08
• 代理公司: 北京元中知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11223
• 代理人: 另婧

本發(fā)明公開了一種石墨相氮化碳多孔微球，所述的石墨相氮化碳多孔微球為球形顆粒或接近球形，所述的微球至少在球的表面具有多孔結(jié)構(gòu)，孔和孔之間由石墨相氮化碳納米片連接。本發(fā)明通過以含氮化合物為前驅(qū)體，經(jīng)高溫焙燒得到石墨相氮化碳；用硫酸將石墨相氮化碳溶解；通過改變石墨相氮化碳溶液的溶劑條件，使石墨相氮化碳重結(jié)晶，得到石墨相氮化碳多孔微球，多孔微球是通過納米片之間的互相連接而成，該多孔微球具有一種特殊的多孔結(jié)構(gòu)，從而抑制了納米片的團聚，本發(fā)明所用的原料來源廣泛，制備得到的石墨相氮化碳多孔微球比表面積高、結(jié)構(gòu)規(guī)整、孔徑分布窄、成本低廉。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于一種光催化材料，具體的說，涉及一種石墨相氮化碳多孔微球及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，石墨相氮化碳作為一種無金屬材料受到了科研工作者的極大關注，可以作為有機半導體光催化劑，每層的母體結(jié)構(gòu)為三嗪或三均三嗪環(huán)，環(huán)與環(huán)之間通過N原子橋聯(lián)，形成無限擴展的平面。以類石墨形式多層堆積而構(gòu)成的含碳共價化合物，是一種性能較佳的半導體材料，另一方面，石墨相氮化碳母體結(jié)構(gòu)中高度共軛的N孤對電子能活化苯等芳烴分子，同時類石墨層邊緣的豐富胺基使其具有良好的堿性，由于石墨相氮化碳具有良好的化學穩(wěn)定性、獨特的半導體能帶結(jié)構(gòu)、無毒且原料易得、不含金屬等優(yōu)異的特性在光解水制氫、有機污染物光降解、光合成、燃料電池等方面受到人們的廣泛關注。石墨相氮化碳一般由含氮和碳的有機前驅(qū)體通過高溫聚合制備。然而，該方法制備的石墨相氮化碳為體相結(jié)構(gòu)，比表面積小、禁帶寬度大、光生電子-空穴對復合嚴重、可見光利用率低等，限制了其大規(guī)模的推廣應用，人們從石墨相氮化碳光催化劑的優(yōu)化合成、物理復合改性、化學摻雜改性、共聚改性、表面修飾、納米化改性等方面對其理化性質(zhì)，如半導體能帶結(jié)構(gòu)、光吸收性質(zhì)等進行調(diào)整，以期提高其的光催化性能。

目前雖然通過負載、造孔、共聚和雜原子修飾等可提高石墨相氮化碳的催化活性(Angew.Chem.,Int.Ed.2014,53,11926-11930；Appl.Catal.,B 2013,136-137,269-277；Angew.Chem.,Int.Ed.2014,53,9240-9245；Angew.Chem.,Int.Ed.2010,49,441-444；Adv.Mater.2009,21,1609-1612)。目前已制備了多種石墨相氮化碳納米材料(Angew.Chem.,Int.Ed.2012,51,11814-11818；Catal.Sci.Technol.2014,4,4258-4264；Angew.Chem.,Int.Ed.2006,45,4467-4471)。通過納米化，可提高石墨相氮化碳的比表面積、減小禁帶寬度和抑制光生電子-空穴對的復合，從而提高其催化活性。

與石墨類似，石墨相氮化碳具有二維層狀結(jié)構(gòu)。因此，研究者通過多種方法制備了不同厚度的二維石墨相氮化碳納米片。申請?zhí)枮?01410115068.4的中國專利公開了一種宏量制備石墨相氮化碳納米片的方法，該方法以層狀石墨相氮化碳材料為原料，以具有較低熔點的熔融復合堿金屬氫氧化物對石墨相氮化碳進行剝離，在低溫下制備石墨相氮化碳納米片。

申請?zhí)枮?01510288723.0的中國專利公開了一種溶液相制備石墨相氮化碳納米片的方法，將二氰二胺置于帶蓋陶瓷坩堝中進行煅燒，得到g-C₃N₄聚合物材料；將g-C₃N₄聚合物材料加入堿金屬鋰或鈉的四氫呋喃溶液中，超聲分散，并加入鹵代有機試劑，反應所得固體產(chǎn)物依次用甲苯、乙醇和水進行洗滌，即得到g-C₃N₄納米片。

雖然石墨相氮化碳納米片具有更好的表面和光電性能。然而，由于石墨相氮化碳納米片的厚度小，表面能大，容易發(fā)生團聚，使其比表面積降低，孔結(jié)構(gòu)遭到破壞，不利于光的吸收和反應物的擴散。