[發明專利]大比表面積石墨相氮化碳的制備方法

在審

• 申請號: 201910846144.1
• 申請日: 2019-09-09
• 公開（公告）號: CN110560127A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 張健;劉帥;李旭賀;王彥娟;王海彥;胡紹爭;封瑞江;白金;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 遼寧石油化工大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/04;C02F1/30;C02F1/72;C02F101/38
• 代理公司: 21107 沈陽亞泰專利商標代理有限公司
• 代理人: 郭元藝

本發明屬可見光催化材料領域，具體涉及一種利用前驅體熔點低和在焙燒過程中低溫熱處理前驅體制備大比表面積石墨相氮化碳材料的方法，包括如下步驟：（1）將含氮前驅體放入三口燒瓶中，待油浴鍋溫度達到含氮前驅體熔點之后，將裝有含氮前驅體的三口燒瓶放入其中，加熱攪拌使含氮前驅體至熔融態；（2）加熱保持熔融態，取出三口燒瓶，將熔融態的含氮前驅體在室溫下冷卻結晶；（3）將結晶后的含氮前驅體研磨成粉末狀，放入坩堝中，將坩堝放入馬弗爐中程序升溫，之后再在空氣氛圍下進行焙燒，即得目標產物。本發明工藝簡單，綠色環保，成本低廉，目標產物純度高，具有較高催化性能。

技術領域

本發明屬可見光催化材料領域，具體涉及一種利用前驅體熔點低和在焙燒過程中低溫熱處理前驅體制備大比表面積石墨相氮化碳材料的方法。

背景技術

當前人類社會面臨著環境污染和能源危機這兩大棘手的問題，大量的研究一直致力于開發綠色高效的半導體光催化劑，用來光催化分解水產氫，降解水中和氣相中的污染物，以解決環境能源問題。其中作為可見光催化技術的核心就是探索開發一種綠色友好，廉價易得，性能高效優異的可見光催化劑。

近年來，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其具有較好的熱穩定性和化學穩定性，獨特的能帶結構，且前驅體來源廣泛，制備過程簡單綠色的特點，在光解水制氫，光降解有機污染物和二氧化碳還原等方面受到廣泛關注。但是石墨相氮化碳作為一種半導體光催化劑材料還存在著一些缺陷，例如：體相石墨相氮化碳比表面積小(<10m²/g)，禁帶寬度大，光生電子-空穴對易復合限制了石墨相氮化碳性能的利用。

目前，制備石墨相氮化碳的方法通常是對含氮量高的前驅體如：單氰胺，雙氰胺，三聚氰胺等化合物進行焙燒。因為在焙燒過程中，反應過程不易控制，對g-C₃N₄微結構調控困難，分子自聚合后為層間堆積的致密塊狀，導致合成的石墨相氮化碳比表面積通常小于10 m²/g，降低了光催化性能。而提高石墨相氮化碳的比表面積，可以為石墨相氮化碳提供更多的表面活性位點，使光生載流子的傳遞擴散距離縮小，進而提高催化效率。目前提高石墨相氮化碳比表面積的方法主要有硬模板法，軟模版法，前驅體預處理法。硬模板法一般以SBA-15為模板劑，該技術可以控制石墨相氮化碳尺寸形貌，得到介孔結構可以使石墨相氮化碳比表面積達到145m²/g。但是該技術需要HF,NH₄HF₂等模板劑進行刻蝕，該過程操作復雜且易揮發和腐蝕性強的HF,NH₄HF₂模板劑也不符合綠色化學的要求。軟模版劑主要是利用表面活性劑自組裝的方法合成有序介孔石墨相氮化碳,它強調有機相與無機相之間的化學匹配，制備出的多孔石墨相氮化碳比表面積為84m²/g，雖然該方法操作簡單，但是由于g-C₃N₄的CN結構在高溫下會延伸，g-C₃N₄的冷凝溫度明顯高于軟模版的分解溫度，過早的去除掉軟模版又會使孔發生閉合，對比表面積改善有限。而像利用濃硫酸或者濃鹽酸進行前驅體預處理，雖然得到了大比表面積的多孔石墨相氮化碳，但是濃酸的使用還是會產生一定的安全隱患。而最具代表的無模板劑濕化學法制備的納米棒，納米錐以及介孔氮化碳四棱柱等多種不同形態的催化劑中，比表面積最大的為62.14m²/g。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足之處而提供一種工藝簡單，綠色環保，成本低廉，適合規模化生產，具有較高催化性能的大比表面積石墨相氮化碳的制備方法。本發明可有效地避免制備過程中雜質引入所造成的石墨相氮化碳結構缺陷和環境污染。

為解決上述技術問題，本發明是這樣實現的：

一種大比表面積石墨相氮化碳的制備方法，包括如下步驟：