[發明專利]一種增強石墨相氮化碳缺陷態電致化學發光的方法

有效

• 申請號: 201911135037.4
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN111004625B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 董永強;戴明;付鳳富;焦雅潔
• 申請（專利權）人: 福州大學;福建省產品質量檢驗研究院
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;C01B21/082;G01N21/76;G01N27/26;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學俊

本發明公開了一種增強石墨相氮化碳缺陷態電致化學發光的方法，通過高溫處理使普通氮化碳實現局部脫氮重組，從而實現局部石墨化；隨后利用濃硝酸的強氧化性將所形成的局域石墨結構破壞，從而使石墨相氮化碳形成更多的表面缺陷。在本發明方法所得石墨相氮化碳材料的電致化學發光活性相比于普通石墨相氮化碳材料提高了5?20倍，并且信號更加穩定。具有較好的推廣價值及應用前景。

技術領域

本發明屬于材料制備領域，具體涉及一種增強石墨相氮化碳缺陷態電致化學發光的方法。

背景技術

石墨相氮化碳（Graphitic carbon nitride, g-C₃N₄）主要由氮、碳兩種元素組成，是一種二維的軟材料。與石墨烯有所不同，g-C₃N₄是一種具有適中帶隙（大約2.7 eV）的半導體。因此，g-C₃N₄具有許多非常獨特的性質，包括催化、光催化、熒光、電致化學發光等。尤其是其突出的電致化學發光活性得到了廣大分析學者的普遍關注。作為一種新型的電致化學發光體，g-C₃N₄可以與過硫酸根形成共反應物體系，而產生強烈的陰極發光信號，因此在分析檢測領域具有廣大的應用前景。關于g-C₃N₄的電致化學發光機理，目前的研究結果普遍認為與其帶隙有關，而普遍忽略了其表面缺陷態的重要作用。本發明介紹了一種提高g-C₃N₄表面缺陷密度來提高其電致化學發光活性的方法。

本發明通過高溫處理使普通氮化碳實現局部脫氮重組，從而實現局部石墨化。隨后利用濃硝酸的強氧化性將所形成的局域石墨結構破壞，從而使石墨相氮化碳形成更多的表面缺陷。在本發明方法所得石墨相氮化碳材料的電致化學發光活性相比于普通石墨相氮化碳材料具有顯著提高，并且信號更加穩定。

發明內容

本發明的目的是提供一種通過提高石墨相氮化碳（g-C₃N₄）表面缺陷密度來增強其電致化學發光活性的方法，并解決普通石墨相氮化碳納米材料電致化學發光活性較低且信號不穩定的問題。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種增強石墨相氮化碳缺陷態電致化學發光的方法，包括以下步驟：

（1）常規制備石墨相氮化碳

采用固相熱聚合的方法制備體相石墨相氮化碳。即稱取一定量前驅體置于馬弗爐中，以2.3℃/min 的升溫速率升溫至550℃并保溫4小時，使前驅體充分聚合得到黃色塊狀氮化碳，自然冷卻至室溫后研磨至粉狀，備用。

作為優選，前驅體可以是三聚氰胺、雙氰胺、尿素等碳氮化合物中的一種，用量為5g。

（2）高溫處理

通過高溫處理可以使普通氮化碳實現局部脫氮重組，從而實現局部石墨化。具體的：將步驟（1）得到的粉末放置在管式爐中，使用真空泵將石英管內抽成真空后，通入惰性氣體恢復至標準大氣壓，再重復3次以確保管內為惰性氣體氣氛，溫度設定在650 ~ 750℃保持反應0.5 ~ 3 h，冷卻至室溫備用。

作為優選，惰性氣體可以是氮氣或者氬氣中的一種，升溫速率為5 ℃/min，溫度設定750 ℃，保溫時間為0.5 h。

（3）硝酸回流

濃硝酸的強氧化性可以將高溫處理所形成的局域石墨結構破壞，從而使石墨相氮化碳形成更多的表面缺陷。具體的：取步驟（2）高溫處理后得到的粉末適量，加入濃硝酸氧化回流一定時間。反應結束后，通過抽濾分離得到固體，水洗至中性，烘干儲存在干燥環境中備用。