[發明專利]一種共聚合改性的氮化碳材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810146860.4
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108394875B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 宋衛國;劉劍;曹昌燕;余宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所;中國科學院大學
• 主分類號: C01B21/082
• 分類號: C01B21/082;C01B3/04;B01J27/24
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

本發明公開了一種共聚合改性的氮化碳材料及其制備方法。它的包括如下步驟：1)將胺化合物與含雙苯環結構的有機小分子混合反應，得到固體粉末；2)在空氣氣氛中，所述固體粉末反應，即得到共聚合改性的氮化碳材料。本發明共聚合改性的氮化碳材料的催化性能提高，光解水產生氫性能優異，是傳統氮化碳材料的12倍；其制備方法簡單。

技術領域

本發明涉及一種共聚合改性的氮化碳材料及其制備方法，屬于材料制備及光催化領域。

背景技術

為應對化石能源的枯竭、自然環境惡化這兩大難題，眾多研究機構將目光轉向污染小并且可再生的能源，如核能、風能、氫能、太陽能、地熱等新型能源。這些新型能源儲量豐富，綠色環保。其中，氫能熱值最高，燃燒產物只有水，并且，氫氣也是大化工與精細化工中不可缺少的基礎原料之一。傳統的氫氣來源于石油煉制過程與電解水過程，而通過這兩種方式獲得氫氣都是一個高耗能的方式。同時，氫氣由于易燃易爆，氫氣的儲存在實際應用中也存在一定的難度。因此，找到一個簡單高效的氫氣制備方法非常關鍵。

氮化碳材料是一種有機聚合物半導體材料，具有良好的可見光響應性，可通過尿素、三聚氰胺等簡單工業原料熱聚合制備，制備方法簡單，成本低廉。氮化碳材料在光催化，電催化，有機催化等領域都有巨大的應用前景。其在可見光下具有光解水制氫的能力使其成為一個明星材料，受到眾多學者關注。然而，單純的氮化碳材料雖然具有一定的光解水產氫的能力，但是它的性能遠遠不能滿足應用的需要，因此，研究人員通過嘗試了各種方法來提高其催化能力。

影響氮化碳催化性能的因素主要有(1)氮化碳的孔結構和比表面積與(2)氮化碳的電子結構這兩大因素。調節氮化碳材料的孔結構和比表面主要以模板法為主。如中國專利文獻CN 104607231 A(申請號201510085367.2)公開了一種具有三維有序大孔結構的氮化碳催化劑。該方法以二氧化硅球的三維有序陣列作為模版，以氰胺為前驅物，在保護性氣體中高溫聚合，最后用氫氟酸除去二氧化硅后制得具有三維有序大孔結構的氮化碳光催化劑。該方法可以通過調節二氧化硅球的大小調節調節氮化碳材料的孔道結構，光解水產氫性能遠高于普通的氮化碳材料。然而利用這種模板的方法不可避免的要涉及到模板的制備與去除，這就增加了生產的復雜度，提高了生產的成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種共聚合改性的氮化碳材料及其制備方法，本發明共聚合改性的氮化碳材料的催化性能提高，光解水產生氫性能優異，是傳統氮化碳材料的12倍；其制備方法簡單。

本發明提供的一種共聚合改性的氮化碳材料的制備方法，包括如下步驟：1)將胺化合物與含雙苯環結構的有機小分子混合反應，得到固體粉末；

2)在空氣氣氛中，所述固體粉末反應，即得到共聚合改性的氮化碳材料。

本發明中，步驟1)中，所述胺化合物與含雙苯環結構的有機小分子反應置于帶蓋的坩堝中，然后將坩堝放置于馬弗爐進行反應；

所述固體粉末平鋪于敞口的磁舟之中，將磁舟置于馬弗爐中進行反應；所述固體粉末呈黃褐色。

上述的制備方法中，所述胺化合物包括尿素、三聚氰胺和雙氰胺中的至少一種；

所述含雙苯環結構的有機小分子包括雙酚S(簡稱BPS)、雙酚A(簡稱BPA)、雙酚A型環氧化合物(簡稱BADGE)和二氨基二苯砜(簡稱DDS)中的至少一種；

所述胺化合物與所述含雙苯環結構的有機小分子的質量比可為200～2000:1，具體可為2000:1、1000:1、400:1、1000:3、1000:3.5、250:1或250～2000:1。

上述的制備方法中，步驟1)中，所述反應的溫度為以一定的升溫速率升溫至500～550℃，具體可為550℃，然后在500～550℃保溫反應一段時間；

步驟2)中，所述反應的溫度為以一定的升溫速率升溫至400～700℃，然后在400～700℃保溫反應一段時間。