[發明專利]一種利用碳納米管作為硬模板制備多孔石墨相氮化碳的方法

有效

• 申請號: 201910024980.1
• 申請日: 2019-01-10
• 公開（公告）號: CN109701577B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 陳翔;王浩楠;徐東;裴立宅
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/34;B01J37/08;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠

本發明提供了一種利用碳納米管作為硬模板制備多孔石墨相氮化碳的方法，屬于新型半導體光催化劑領域。該方法采用碳納米管作為硬模板，將碳納米管與石墨相氮化碳前驅體混合后共加熱，再經過簡單的超聲處理即可除去碳納米管，制備得到多孔石墨相氮化碳。其可作為半導體光催化劑材料用于光催化降解染料，相比于原始石墨相氮化碳，光催化活性得到明顯提升。相比于傳統硬模板法制備的多孔石墨相氮化碳，本發明采用碳納米管作為硬模板，制備工藝簡單，模板無需刻蝕除去，雜質組分少，可重復性好，無污染，而且碳納米管硬模板可回收循環利用，節約資源。

技術領域

本發明屬于新型半導體光催化劑領域，具體涉及一種利用碳納米管作為硬模板制備多孔石墨相氮化碳的方法。

背景技術

在眾多可再生能源中，基于半導體的光催化，是一種可直接捕獲，轉換和儲存太陽能的技術，將太陽能轉化為化學能，在利用太陽能方面是一種行之有效的方法，因其在能源環境方面廣闊的應用前景而受到極大的關注。直到目前，直接將太陽能轉化為能源燃料與化學能被認為是獲得綠色可持續能源并在未來解決能源與環境問題的方法之一。除了需要太陽能作為驅動力外，光催化還需要合適的半導體材料來完成眾多催化反應如分解水產氫氣和氧氣，將二氧化碳還原為碳氫燃料，降解有機污染物，細菌消毒和有機物的選擇性合成等。

為尋找在可見光范圍內響應的半導體催化劑，一種聚合的半導體材料，即石墨相氮化碳，因其易于合成，特殊的電子能帶結構，高的物理化學穩定性和地球儲存豐富等性質而作為新一代光催化劑而激起人們極大的研究興趣。為進一步提高石墨相氮化碳作為光催化劑的光催化活性，增加石墨相氮化碳的比表面積，根據石墨相氮化碳特殊的化學結構，人們制備了諸多多孔石墨相氮化碳材料。但目前文獻報道的關于制備多孔石墨相氮化碳，其方法大多需要使用模板劑，然后需用強酸去除模板，工藝過程繁雜，更為重要的是其模板均是一次性，不可循環使用，造成資源的嚴重浪費。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明要解決的問題是提供一種利用碳納米管作為硬模板制備多孔石墨相氮化碳的方法，以期制備出的石墨相氮化碳光催化活性能得到顯著提升。

本發明采用碳納米管作為硬模板，將碳納米管與石墨相氮化碳前驅體混合后共加熱，再經過簡單的超聲處理即可除去碳納米管，制備得到多孔石墨相氮化碳，具體步驟是：

(1)將石墨相氮化碳前驅體與碳納米管均為混合。

具體是：可利用研磨或機械球磨的方法，將一定比例的石墨相氮化碳前驅體和碳納米管均勻混合。所述石墨相氮化碳前驅體為富氮有機小分子；所述碳納米管可為單壁碳納米管或多壁碳納米管；所述石墨相氮化碳前驅體與碳納米管質量比為10～1000∶1。

(2)將上述混合物通過熱聚合物制備石墨相氮化碳，然后冷卻。

具體是：將一定比例的石墨相氮化碳前驅體和碳納米管的均勻混合物置于氧化鋁坩鍋中，加蓋，放入管式爐中，通入氮氣作為保護氣，升溫速率為2-5℃/min速度升溫至520-580℃，保溫2-4h后冷卻。

(3)將冷卻后的固體除去碳納米管，離心干燥得到多孔石墨相氮化碳。

將冷卻后的固體在水中超聲分散10min后，取上層分散液再超聲10min，再取其上層分散液以去除碳納米管。將超聲兩次的上層分散液8000rpm/min離心10min，取下層沉淀60℃真空干燥，得到多孔石墨相氮化碳。

進一步的，所述步驟(1)中：富氮有機小分子為尿素、二氰二胺和三聚氰胺的一種或數種。

進一步的，所述步驟(3)中：兩次超聲后上層分散液中下層的黑色沉淀為碳納米管，可循環使用，即重復作為硬模板制備多孔石墨相氮化碳。