[發明專利]一種介孔氮化碳納米材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910377445.4
• 申請日: 2019-05-07
• 公開（公告）號: CN110026223B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 蘇鑫
• 申請（專利權）人: 北京中科碳和科技有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/08;C01B21/082;C01B3/04;B82Y40/00
• 代理公司: 北京精金石知識產權代理有限公司 11470
• 代理人: 姜艷華

本發明屬于無機光催化材料領域，涉及一種介孔氮化碳納米材料的制備方法，利用3?氨基?1,2,4?三唑為前驅劑，二氧化硅為模板劑進行制備，模板劑簡單易除，且對介孔氮化碳影響較小，介孔氮化碳具有較大的比表面積和可見光響應。該方法簡單實用，價格低廉，產品性能優異，適合實驗室制備和工業化生產，在光催化等領域具有巨大的發展空間和應用前景。

技術領域

本發明屬于無機光催化納米材料領域，涉及一種新型光催化材料的制備方法和用途，具體涉及一種介孔氮化碳納米材料及其制備方法。

背景技術

氮化碳是一類主要由碳和氮元素所組成的高分子材料，由于其高穩定性，無毒性，資源豐富和優異的光學性質，是光催化制氫的有力的候選者。它們可從一些碳材料中通過由氮取代碳原子而獲得，并在各方面的應用中有著巨大潛力。氮化碳的歷史可以追溯到1834年，Berzelius制備了一種被稱作“melon”的氮化碳高分子材料。然而，由于它的化學惰性，不溶于酸性、中性或堿性溶劑，及其不確定的分子結構，這種材料的潛在價值并沒有被充分認識。直到近幾十年來，研究人員通過詳細的理論計算，才對其分子結構有了較為清晰的認識。1989年，Liu和Cohen以β-Si₃N₄晶體結構為模型，用C原子替換β-Si₃N₄中Si的位置以此提出g-C₃N₄結構模型，并對此結構的體彈性模量進行了理論計算，從理論上預言了g-C₃N₄在硬度上與金剛石不相上下。此外，g-C₃N₄結構還具有低摩擦系數、高的化學穩定性、良好的生物相容性、高絕緣性、高熱導率以及寬的能隙等特點。

后來的研究工作表明具有sp³雜化結構的材料很難制備，主要由于其在熱力學上不穩定。進一步的理論研究證實石墨型結構是氮化碳材料在自然界中最穩定的結構。石墨型氮化破材料的合成和表征本身就是一個有挑戰性的工作。1996年，Teter和Hemley通過第一性原理計算認為氮化碳可能具有5種不同的結構，即α相、β相、立方相、類立方相及石墨相。其中α相、β相、立方相、類立方相這4種結構物質的硬度都很大，屬于超硬材料，而其中的石墨相就屬于軟質相，是這幾種結構中最為穩定的，因而也是近些年來的主要研究對象。

體相的石墨型氮化碳材料(g-C₃N₄)通常是經過含氰基的前體化合物在空氣或者氮氣中熱聚合制備的。常用的前體化合物為單氰基胺，另外二氰基胺和三聚氰胺也被應用于該聚合反應。該熱聚合過程可以在氮氣或者在空氣中進行，其過程允許在空氣中進行也暗示了該材料在空氣中具有很強的穩定性。聚合溫度從常溫勻速升到550℃或者600℃并保持一段時間；聚合反應的最終溫度不能太高，因為在750℃以上g-C₃N₄會徹底分解。