一种嗪基碳氮聚合物、其制备方法及其用途技术

本发明专利技术涉及半导体光催化材料领域，具体涉及一种嗪基碳氮聚合物及其制备方法与作为光催化剂的用途。所述嗪基碳氮聚合物是由片层结构的七嗪基碳氮聚合物自发定向生长而出的棒状结构的七嗪‑三嗪基碳氮聚合物。本发明专利技术中的嗪基碳氮聚合物载流子复合率低，棒状的结构可以有效捕获光能和细菌，具有优异的光催化活性及稳定性，可循环使用，具有良好的实际应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种嗪基碳氮聚合物、其制备方法及其用途
本专利技术涉及半导体光催化材料领域，具体涉及一种嗪基碳氮聚合物及其制备方法与作为光催化剂的用途。
技术介绍
利用半导体光催化剂处理环境污染物问题已越来越备受科学家的青睐。光催化杀菌作为一种新兴杀菌技术，相对于目前广泛使用的紫外线、臭氧、消毒剂杀菌等，能够有效防止紫外线和有毒气体的引入对人体造成损伤，以及有毒副产物的形成和对环境以及人体的危害。同时，光催化杀菌利用太阳光提供能量，具有高效、广谱、不易产生耐药性和二次污染等优势。但是，目前研究与应用较为广泛的P25TiO2因禁带宽度较宽只能被紫外光激发，但紫外光只占太阳光很小的部分(少于5％)，同时较高的光生载流子的复合率也使得其量子效率非常低。所以，如何获得可充分利用太阳光、并且载流子迁移率较高的可见光催化剂已经成为一个重要的研究领域。目前石墨化的C3N4(g-C3N4)作为一种非金属光催化剂因其制备方法简单，原料廉价易得，可吸收可见光且无二次污染而成为研究热点。但是这种高聚合度的g-C3N4的表面活性位点较少且载流子复合率高，量子效率较低。同时，目前大多g-C3N4为片层结构，难以有效吸收太阳光并捕获细菌。低聚合度的碳氮聚合物由于表面暴露更多的催化活性位点，可有效促进光催化活性。不过，目前对低聚碳氮聚合物的生长控制的认识仍然比较浅显，特别是其中的自发定向聚合的嗪基低聚碳氮聚合物尚未见相关报导。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种由片层结构七嗪基碳氮聚合物自发定向生长出棒状结构的七嗪-三嗪基共聚碳氮聚合物。本专利技术同时还提供一种自发定向聚合的嗪基碳氮聚合物的制备方法，该方法可以得到光催化杀菌活性显著提高的嗪基碳氮聚合物。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的一种技术方案如下：一种嗪基碳氮聚合物，所述嗪基碳氮聚合物是由片层结构的七嗪基碳氮聚合物自发定向生长而出的棒状结构的七嗪-三嗪基碳氮聚合物。本专利技术中的嗪基碳氮聚合物载流子复合率低，棒状结构可以有效捕获光能和细菌，具有优异的光催化活性及稳定性，可循环使用，具有良好的实际应用前景。优选地，所述片层结构的七嗪基碳氮聚合物厚度为5-15微米，碳氮比为0.67；所述棒状结构的七嗪-三嗪基碳氮聚合物，其长度为10-20微米，直径为50-75纳米。进一步地，所述片层结构的七嗪基碳氮聚合物厚度优选为10微米。进一步地，所述棒状结构的七嗪-三嗪基碳氮聚合物，其长度优选为12～16微米，直径优选为55纳米。优选地，该嗪基碳氮聚合物的制备方法，包括：步骤1：将三聚氰胺与水充分溶解，得到悬浊液；步骤2：将所述悬浊液焙烧得到固体颗粒；步骤3：将所述固体颗粒冷却至室温后研磨得到催化剂。本专利技术的制备方法十分简单便捷，所用原料简单易得、价格低廉，可以有效避免污染性的副产物产生，杀菌过程中无二次污染，也不需外加供能。以三聚氰胺为前驱体，通过高温焙烧方法简单快速制备了嗪基碳氮聚合物。本专利技术上述用到的水优选是去离子水。优选地，所述步骤1中三聚氰胺与水的投料质量比为3:2～8；三聚氰胺与水的溶解温度为15～75℃；三聚氰胺与水的溶解时间优选为10～50分钟。进一步地，所述步骤1中，三聚氰胺与水的投料质量比优选为3:4，3:5，1:2，最优选是1:2，在此比例范围内，所制备的嗪基碳氮聚合物无杂质或杂质的含量极少。进一步地，所述步骤1中，三聚氰胺与水的溶解温度优选为15～30℃，最优选是25℃。控制在优选温度范围内可以获得自发定向聚合的嗪基碳氮聚合物。进一步地，所述步骤1中，三聚氰胺与水的溶解时间优选为30分钟。进一步地，所述步骤2中，所述悬浊液焙烧温度为400～500℃，优选为焙烧温度为450℃。进一步地，所述步骤2中，所述悬浊液的焙烧时间为2～6小时，优选为4小时。进一步地，所述步骤2中，所述悬浊液焙烧升温速率为3～8℃/min，优选为升温速率为5℃/min。本专利技术以三聚氰胺为前驱体，通过高温焙烧方法简单快速制备了嗪基碳氮聚合物。制备得到的碳氮聚合物相比于传统的C3N4，表面可以暴露出更多的官能团，链段终端也存在明显的缺陷，增加催化剂的催化活性位点，另外片状与棒状共存的纳米结构可以有效提高光生载流子的分离。另外，本专利技术中碳氮低聚物的棒状结构可有效捕获光能和细菌，既可以提高光能利用率，提升光生电子的传导速率，又可以有效与细菌接触，增强光催化活性。优选地，所述嗪基碳氮聚合物在可见光波段具有光催化活性，可作为光催化剂，用于光催化杀菌。按照本专利技术方法制备的嗪基碳氮聚合物，其碳氮比低，为自发定向聚合的嗪基碳氮聚合物，在可见光波段具有优异的光催化活性。所述光催化杀菌过程采用可见光，所述的菌是大肠杆菌。有益效果由于以上技术方案的实施，本专利技术与现有技术相比具有如下优势：1.本专利技术的制备方法十分简单便捷，所用原料简单易得、价格低廉，可以有效避免污染性的副产物产生，杀菌过程中无二次污染，也不需外加供能。所制备的嗪基碳氮聚合物光催化剂载流子复合率低，棒状结构可以有效捕获光能，具有优异的光催化活性及稳定性，可循环使用，具有良好的实际应用前景。2.本专利技术以三聚氰胺为前驱体，通过高温焙烧方法简单快速制备了嗪基碳氮聚合物。制备得到的碳氮聚合物相比于传统的C3N4，表面可以暴露出更多的官能团，链段终端也存在明显的缺陷，增加催化剂的催化活性位点，另外片状与棒状共存的纳米结构可以有效提高光生载流子的分离。另外，本专利技术中碳氮低聚物的棒状结构可有效捕获光能和细菌，既可以提高光能利用率，提升光生电子的传导速率，又可以有效与细菌接触，增强光催化活性。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：图1a为实施例1和对比例1～2所制备的样品的X射线衍射(XRD)图谱；图1b为实施例1～3所制备的样品的X射线衍射(XRD)图谱；图2a为实施例1所制备的样品的扫描电镜(SEM)照片；图2b为图2a的局部放大照片；图2c为图2b的局部放大照片；图2d为对比例1所制备的样品的扫描电镜(SEM)照片；图2e为对比例2所制备的样品的扫描电镜(SEM)照片；图2f为实施例2所制备的样品的扫描电镜(SEM)照片；图2g为实施例3所制备的样品的扫描电镜(SEM)照片；图3a是实施例1所制备的样品的高分辨透射电子显微镜(TEM)照片；图3b为图3a的局部放大照片；图4a为实施例1、对比例1和对比例2所制备的样品的13C固体核磁共振(13CNMR)碳谱图；图4b为实施例1和对比例1所制备的样品的荧光光谱；图5a为实施例1、对比例1和对比例2所制备的样品的红外光谱分析；图5b为实施例1～3所制备的样品的红外光谱分析；图5c为实施例6～8所制备的样品的红外光谱分析；图6a为实施例1和对比例1所制备的样品的紫外-可见吸收光谱；图6b为实施例1～3所制备的样品的紫外-可见吸收光谱；图7为实施例1和对比例1、2的光催化活性对比；图8为实施例1～3的光催化活性对比；图9为实施例1、4、5的光催化活性对比；图10为实施例1、6～8的光催化活性对比。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嗪基碳氮聚合物，其特征在于：由片层结构的七嗪基碳氮聚合物自发定向生长而出的棒状结构的七嗪‑三嗪基碳氮聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种嗪基碳氮聚合物，其特征在于：由片层结构的七嗪基碳氮聚合物自发定向生长而出的棒状结构的七嗪-三嗪基碳氮聚合物。2.根据权利要求1所述的一种嗪基碳氮聚合物，其特征在于：所述片层结构的七嗪基碳氮聚合物厚度为5-15微米，碳氮比为0.67；所述棒状结构的七嗪-三嗪基碳氮聚合物，其长度为10-20微米，直径为50-75纳米。3.根据权利要求1或2所述的一种嗪基碳氮聚合物，其特征在于：所述片层结构的七嗪基碳氮聚合物厚度为10微米；所述棒状结构的七嗪-三嗪基碳氮聚合物，其长度为12～16微米，直径为55纳米。4.一种根据权利要求1～3中任意一项所述的嗪基碳氮聚合物的制备方法，其特征在于，包括：步骤1：将三聚氰胺与水充分溶解，得到悬浊液；步骤2：将所述悬浊液焙烧得到固体颗粒；步骤3：将所述固体颗粒冷却至室温后研磨得到嗪基碳氮聚合物。5.根据权利要求4所述的嗪基碳氮聚合物的制备方法，其特征在于：所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍宇凝，李蕙帆，杨玉萍，丁梦娜，罗柳林，邹泉，张子平，裴文凯，李和兴，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31