[發(fā)明專利]一種富氨基類石墨氮化碳及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810151440.5
• 申請日: 2018-02-14
• 公開（公告）號: CN108408697B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭承鑫;彭治漢;杜國毅;李換換;王朝生;秦銘駿;翟一霖;劉會陽
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: C01B21/06
• 分類號: C01B21/06
• 代理公司: 上海統(tǒng)攝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31303
• 代理人: 金利琴

本發(fā)明涉及一種富氨基類石墨氮化碳及其制備方法，制備方法為：首先將原料以一定升溫速率加熱到300～400℃并保溫，然后以同樣的升溫速率將溫度升至400～500℃并保溫，最后再以相同的速率將溫度提升到500～600℃并保溫，所得產(chǎn)物即為富氨基類石墨氮化碳；原料為氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素及鹽酸胍的一種以上。富氨基類石墨氮化碳的氮元素含量為66～68wt％，其化學(xué)結(jié)構(gòu)上富含氨基，XRD檢測得到富氨基類石墨氮化碳含有石墨狀的結(jié)構(gòu)，另外富氨基類石墨氮化碳的5wt％熱失重溫度大于等于580℃。本發(fā)明制備方法工藝簡單，產(chǎn)物富含氨基，利于類石墨氮化碳的進一步改性，拓寬類石墨氮化碳的應(yīng)用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能高分子材料領(lǐng)域，涉及一種富氨基類石墨氮化碳及其制備方法。

背景技術(shù)

類石墨氮化碳是近年興起的熱門新材料，其擁有無金屬光催化，可見光響應(yīng)，熱穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)點。理論上，純氮化碳中不含有氨基，其氮元素含量為60.8wt％。

類石墨氮化碳的制備方法，按照所用方法不同，分為兩類，一種是以四氯化碳和乙二胺為前驅(qū)體，以介孔氧化硅為硬模板，經(jīng)過納米鑄造法制得，這種方法制得的氮化碳，C、N比遠大于理論上的0.75，多為3～5之間，富含C元素，目前這種方法已不作為主流制備氮化碳的方法。

另一種方法則是將氰胺等在空氣或氮氣中直接加熱到500～600℃并保溫的方法制得，這種方法制得的類石墨氮化碳，由于加熱過程迅速，導(dǎo)致空氣中氧氣的熱氧化作用十分明顯，使得原有氨基被大量氧化，最終氮化碳產(chǎn)物中氨基含量少，這樣就使得難以進一步對其改性，增加其特殊功能，限制了它的應(yīng)用范圍。如文獻1(層狀石墨相g-C3N4氮化碳的簡易制備和表征，四川理工學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，自貢643000)中，將三聚氰胺加熱到高溫，制備類石墨氮化碳，經(jīng)表征，其制備的類石墨氮化碳中氨基含量少，氮元素質(zhì)量分數(shù)計在61～62wt％左右，尤其是加熱溫度超過500℃時，較純氮化碳只多了0.1～1.2wt％。

因此，研究一種工藝簡單且產(chǎn)物富含氨基的類石墨氮化碳及其制備方法成為目前亟待需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種工藝簡單且產(chǎn)物富含氨基的富氨基類石墨氮化碳及其制備方法。本發(fā)明的一種富氨基類石墨氮化碳及其制備方法采用分段加熱的方式，可以使反應(yīng)充分進行，更為重要的是可以保持平穩(wěn)加熱，降低反應(yīng)時的熱氧化程度，避免了氨基的大量氧化，提高了其化學(xué)結(jié)構(gòu)上氨基的含量，有利于對其進一步改性，其應(yīng)用范圍進一步擴大，增加了其特殊功效，極具應(yīng)用前景。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種富氨基類石墨氮化碳的制備方法，其步驟如下：

1)先將原料加熱到300～400℃并保溫；此時原料初步反應(yīng)形成三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)，此階段溫度設(shè)置在此范圍內(nèi)的原因是溫度超過400℃，反應(yīng)不完全，氨基熱氧化明顯，溫度低于300℃時，反應(yīng)不會發(fā)生。

2)然后將溫度升至400～500℃并保溫；此時反應(yīng)物開始部分聚合，形成低聚物，此階段溫度設(shè)置在此范圍內(nèi)的原因是溫度高于400攝氏度時，才能明顯開始形成低聚物，在沒有充分低聚時，溫度過高則會導(dǎo)致大量升華，產(chǎn)率低。

3)再將溫度升至500～600℃并保溫；反應(yīng)物重排形成以N原子為橋原子，相互連接的三-均三嗪結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，此階段溫度設(shè)置在此范圍內(nèi)的原因是只有溫度高于520℃時，重排反應(yīng)才會明顯發(fā)生，高于600℃時，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)開始分解。

4)最終收集產(chǎn)物即為富氨基類石墨氮化碳；

所述原料為氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素及鹽酸胍的一種以上。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案：