[發(fā)明專利]一種碳/石墨相氮化碳復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810879343.8
• 申請(qǐng)日: 2018-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN108940347A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)春暖;李彥;曲榮君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 魯東大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;B01J37/03;B01J37/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 劉奇

本發(fā)明提供了一種碳/石墨相氮化碳復(fù)合材料的制備方法，屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用的正硅酸乙酯在水中原位水解為硬模板，羥甲基化二聚氰胺和二聚氰胺的混合物為前驅(qū)體，通過正硅酸乙酯的原位水解與羥甲基化二聚氰胺和二聚氰胺的混合物形成溶膠凝膠化中間體；進(jìn)一步通過焙燒得到具有“雙連續(xù)”結(jié)構(gòu)的SiO₂?C/g?C₃N₄；最后通過氫氟酸刻蝕將模板脫除，得到具有較大比表面積的碳/石墨相氮化碳復(fù)合材料，利用該方法合成的復(fù)合材料能有效降低光生電子與空穴的復(fù)合率，增強(qiáng)太陽光的利用率，提高光催化性能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明制備得到的碳/石墨相氮化碳復(fù)合材料的比表面積可達(dá)174m²·g^?1，催化效率可達(dá)94.4％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光催化劑技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種碳/石墨相氮化碳復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其具有禁帶帶隙窄、可見光響應(yīng)及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，且無毒、廉價(jià)、易制備等特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，在光催化降解、產(chǎn)氫和有機(jī)合成等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于純g-C₃N₄的導(dǎo)電性較差，在可見光照射下所產(chǎn)生的光生電子與空穴易復(fù)合，致使其光催化活性不高，另外，純g-C₃N₄對(duì)可見光較低的吸收效率，也限制了其光催化活性的充分發(fā)揮。為了提高g-C₃N₄的光催化性能，許多研究者采用半導(dǎo)體復(fù)合、碳元素?fù)诫s和提高比表面積等方法用于提高g-C₃N₄石墨相氮化碳的光催化性能。

將無機(jī)碳元素與石墨相氮化碳制成碳/石墨相氮化碳復(fù)合材料(C/g-C₃N₄)是提高石墨相氮化碳光催化性能的策略之一。目前，C/g-C₃N₄的制備方法主要包括物理混合方法、浸漬-焙燒法和硬模板法。中國專利CN106994363A提出了一種“原位-一鍋法”制備C/g-C₃N₄的方法，將二聚氰胺或三聚氰胺與甲醛反應(yīng)，得到部分羥甲基化二聚氰胺或三聚氰胺，在對(duì)其高溫焙燒得到C/g-C₃N₄。但是，該方法所得到的復(fù)合材料的比表面積仍偏低，限制了光催化性能的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種碳/石墨相氮化碳復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的制備方法制備得到的碳/石墨相氮化碳復(fù)合材料比表面積高，光催化性能好。

本發(fā)明提供了一種碳/石墨相氮化碳復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將二聚氰胺、甲醛、氫氧化鈉和水混合進(jìn)行部分羥甲基化反應(yīng)，得到部分羥甲基化反應(yīng)產(chǎn)物；所述部分羥甲基化反應(yīng)產(chǎn)物為羥甲基化二聚氰胺和二聚氰胺的混合物；

2)將步驟1)得到的部分羥甲基化反應(yīng)產(chǎn)物、水和正硅酸乙酯混合進(jìn)行溶膠凝膠化反應(yīng)，得到溶膠凝膠混合物；

3)將步驟2)得到的溶膠凝膠混合物依次進(jìn)行焙燒和氫氟酸刻蝕，得到碳/石墨相氮化碳復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述步驟1)中二聚氰胺和甲醛的質(zhì)量比為1：0.044～0.544。

優(yōu)選地，所述步驟1)中部分羥甲基化反應(yīng)的pH值為8～9。

優(yōu)選地，所述步驟1)中部分羥甲基化反應(yīng)的溫度為70～74℃，部分羥甲基化反應(yīng)的時(shí)間為5～9h。

優(yōu)選地，所述步驟2)中部分羥甲基化反應(yīng)產(chǎn)物與正硅酸乙酯的質(zhì)量比為1：2～8。

優(yōu)選地，所述步驟2)中溶膠凝膠化反應(yīng)的溫度為100～120℃，溶膠凝膠化反應(yīng)的時(shí)間為18～26h。