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一种软模板法制备掺杂氮化碳纳米材料的方法技术

技术编号:15367287 阅读:183 留言:0更新日期:2017-05-18 10:43
本发明专利技术公开了一种软模板法制备掺杂石墨相氮化碳纳米材料的方法,其制备方法为:将碳氮前驱体分别与硼源、钴源和模板试剂在醇溶液中搅拌均匀后再次离心、干燥,得到固体粉末,将其高温煅烧得到不同形貌的B、Co离子分别掺杂的氮化碳纳米材料;将预处理的碳氮前驱体与模板试剂在相同过程下得到不同形貌的碳自掺杂的氮化碳纳米材料。本发明专利技术提供的方法简化了制备不同形貌石墨相氮化碳的过程,又避免了杂质离子的引入;而通过离子掺杂又能够实现了形貌调控。本发明专利技术制备过程新颖、便捷,同时极大的丰富了氮化碳的形貌,得到不同离子掺杂的氮化碳光催化剂。这种软模板法离子掺杂调控氮化碳纳米形貌的方法,在构建新型半导体光催化剂领域有较大的潜力。

Method for preparing doped carbon nitride nano material by soft template method

The invention discloses a method for preparing doped graphitic carbon nitride nano material by soft template method, the preparation method is that the carbon and nitrogen precursor respectively with boron source, cobalt source and template reagent in alcohol solution stirring again after centrifugation, drying, solid powder, carbon nitride nano materials to high temperature B calcined and Co ions with different morphologies were doped; pretreatment of carbon nitrogen precursor and template reagent carbon nano nitride materials with different morphologies of carbon self doping in the same process. The method provided by the invention simplifies the process of preparing carbon nitride with different morphologies and avoids the introduction of impurity ions, and the morphology control can be realized by ion doping. The preparation process of the invention is novel and convenient, and the morphology of the carbon nitride is greatly enriched at the same time, and different ion doped carbon nitride photocatalysts are obtained. This soft template method for ion doped carbon nitride nanostructures has great potential in the field of building new semiconductor photocatalysts.

【技术实现步骤摘要】
一种软模板法制备掺杂氮化碳纳米材料的方法
本专利技术涉及一种软模板法制备掺杂氮化碳纳米材料的方法,属于半导体材料制备

技术介绍
在目前人们广泛研究的可见光响应的光催化剂中,有机聚合物半导体石墨相氮化碳g-C3N4由于其制备工艺简单、电子结构优异和理化稳定性好等优点,被作为一种廉价、稳定、不含金属组分的可见光光催化剂广泛应用于太阳能的光催化转化,如光解水产氢产氧、有机选择性光合成和有机污染物的降解等。g-C3N4还具备聚合物半导体的化学组成和能带结构易调控等特点,被认为是光催化研究领域,特别是光催化材料研究领域,值得深入探索的研究方向之一。目前,直接高温煅烧制备的体相g-C3N4多为块体材料,形貌单一,比表面积小,光催化性质差。根据报道,大多数优化g-C3N4形貌的方法是硬模板法,如以SiO2或C作模板。但在去除模板过程中,很容易因为模板去除不彻底而引入杂质离子,形成光生电子空穴复合中心,降低光催化活性。
技术实现思路
本专利技术针对g-C3N4的形貌单一和光催化性质较差等不足,提供了一种软模板法制备的离子掺杂调控氮化碳纳米材料的制备方法,该制备工艺简单,所得不同离子掺杂的产物形貌差异较大,但合适的掺杂浓度不同程度的增强产物光催化性质本专利技术为了实现上述目的所采用的技术方案为:本专利技术提供了一种软模板法制备石墨相氮化碳纳米材料的方法,包括离子掺杂和碳自掺杂;所述离子掺杂通过以下步骤实现:(1)将碳氮前驱体分别与硼源、钴源和模板试剂在醇溶液中搅拌均匀,然后离心、干燥,得到固体粉末;(2)将固体粉末分别在惰性气氛中高温煅烧,得到不同形貌的B、Co离子分别掺杂的氮化碳纳米材料;所述碳自掺杂通过以下步骤实现:(a)在反应釜中将碳氮前驱体分散于醇溶液中,经高温水热反应,离心分离干燥得到固体粉末A;(b)将固体粉末A与模板试剂在醇溶液中搅拌,再次离心、干燥,得到固体粉末B;(c)将固体粉末B在惰性气氛中高温煅烧,得碳自掺杂的氮化碳纳米材料。本专利技术所使用的碳氮前驱体均为三聚氰胺或双氰胺;所使用的硼源为硼酸;所述钴源硝酸钴或氯化钴。进一步的,所述模板试剂为巯基乙酸;所述醇溶液为乙醇;所述搅拌的时间均为6-10h。进一步的,当利用软模板法制备离子掺杂石墨相氮化碳纳米材料时,步骤(1)中,所述碳氮前驱体、硼源或钴源和模板试剂的质量比均为1.2:0.005~0.02:0.8-1.326;所述碳氮前驱体在醇溶液中的浓度为0.015~0.024g/mL。当利用软模板法制备自掺杂石墨相氮化碳纳米材料时,,步骤(a)中,所述每60-70mL醇溶液中加入碳氮前驱体的质量为1.0-1.2g。进一步的,当利用软模板法制备自掺杂石墨相氮化碳纳米材料时,,步骤(b)中,所述高温水热反应的温度为210-230℃,反应时间为24h;步骤(b)中,所述固体粉末A与模板试剂的质量比为1.2:0.8-1.326。进一步的,所述惰性气氛均为氮气;所述煅烧均为在560°C~620°C下反应2小时。本专利技术通过软模板法制备的硼掺杂的石墨相氮化碳形貌为带状结构,钴掺杂的氮化碳为纳米颗粒组成的纳米片状,碳自掺杂的氮化碳为边缘卷曲的片状结构。本专利技术的软模板法制备不同离子掺杂氮化碳纳米材料的形貌中,硼掺杂的石墨相氮化碳形貌表现为带状结构,钴掺杂的氮化碳为纳米颗粒组成的纳米片状,碳自掺杂的氮化碳为边缘卷曲的片状结构。本专利技术提供的方法成功实现了元素掺杂调控石墨相氮化碳的形貌,在材料形貌优化和性能改善方面意义较大。本专利技术优于其它元素掺杂氮化碳的形貌单一的产品,工艺便捷,其方法可用于制备其它离子掺杂的半导体材料,具有较好的应用前景,丰富氮化碳形貌方面有良好的实用性。离子掺杂氮化碳有利于其光催化性能的优化。采用软模板方法制备离子掺杂氮化碳意义重大,既能丰富g-C3N4形貌,又能增强其光催化活性。附图说明图1本专利技术实施例1合成的带状B-g-C3N4的扫描电镜(SEM)照片。图2本专利技术实施例1合成的带状B-g-C3N4可见光下光催化降解RhB的曲线。图3本专利技术实施例4合成的Co-g-C3N4纳米片的扫描电镜(SEM)照片。图4本专利技术实施例4合成的Co-g-C3N4纳米片的EDS照片。图5本专利技术实施例4合成的Co-g-C3N4可见光下光催化降解RhB的曲线。图6本专利技术实施例8合成的C-g-C3N4的透射电镜(TEM)照片。图7本专利技术对比例1合成的B-g-C3N4样品的SEM照片。图8本专利技术对比例2合成的Co-g-C3N4样品的SEM照片。图9本专利技术对比例3合成的产物的XRD图谱。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行进一步的阐述,应该明白的是,下述说明仅是为了解释本专利技术,并不对其内容进行限定。实施例11.1将1.2g三聚氰胺、0.005g硼酸和0.603mlTGA在50ml乙醇溶液中经过搅拌6h后再次离心、干燥,得到固体粉末;1.2在氮气、620℃下煅烧1.1中得到的固体粉末,时间为2h,得到硼离子掺杂的氮化碳(B-g-C3N4)纳米材料。图1是B-g-C3N4样品的SEM照片。图2是B-g-C3N4在可见光下光催化降解RhB的曲线。实施例22.1将1.2g双氰胺、0.02g硼酸和1mlTGA在60ml乙醇溶液中经过搅拌6h后再次离心、干燥,得到固体粉末;2.2在氮气、560℃下煅烧2.1中得到的固体粉末,时间为2h,得到B-g-C3N4纳米材料。所得硼掺杂氮化碳纳米材料形貌与实施例1相同,均为带状。实施例33.1将1.2g三聚氰胺、0.01g硼酸和0.905mlTGA在80ml乙醇溶液中经过搅拌10h后再次离心、干燥,得到固体粉末;3.2在氮气、580℃下煅烧3.1中得到的固体粉末,时间为2h,得到B-g-C3N4纳米材料。所得硼掺杂氮化碳纳米材料形貌与实施例1相同,均为带状。实施例44.1将1.2g三聚氰胺、0.005g硝酸钴和0.603mlTGA在50ml乙醇溶液中搅拌6h后再次离心、干燥,得到固体粉末;4.2在氮气、560℃下煅烧4.1中得到的固体粉末,时间为2h,得到B-g-C3N4纳米材料。图2是Co-g-C3N4样品的SEM照片,其形貌为纳米颗粒组成纳米片。图3为Co-g-C3N4样品的EDS照片。图4是Co-g-C3N4在可见光下光催化降解RhB的曲线。实施例55.1将1.2g三聚氰胺、0.02g硝酸钴和1mlTGA在60ml乙醇溶液中,搅拌10h后再次离心、干燥,得到固体粉末;5.2在氮气、620℃下煅烧5.1中得到的固体粉末,时间为2h,得到Co-g-C3N4纳米材料。所得钴掺杂氮化碳纳米材料形貌与实施例4相同,均为为纳米颗粒组成纳米片。实施例6制备方法如实施例4,不同之处为钴源为氯化钴。所得钴掺杂氮化碳纳米材料形貌与实施例4相同,均为纳米颗粒组成纳米片。实施例77.1将1.2g三聚氰胺、0.008g硝酸钴和0.754mlTGA在80ml乙醇溶液中,搅拌9h后再次离心、干燥,得到固体粉末;7.2在氮气、570℃下煅烧7.1中得到的固体粉末,时间为2h,得到Co-g-C3N4纳米材料。所得钴掺杂氮化碳纳米材料形貌与实施例4相同,均为纳米颗粒组成纳米片。实施例88.1在80mL反应釜中将1g三聚氰胺分散在60mL乙醇溶液中,210℃高温水热24h,离心分离干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软模板法制备石墨相氮化碳纳米材料的方法,其特征在于,包括离子掺杂和碳自掺杂;所述离子掺杂通过以下步骤实现:(1)将碳氮前驱体分别与硼源、钴源和模板试剂在醇溶液中搅拌均匀,然后离心、干燥,得到固体粉末;(2)将固体粉末分别在惰性气氛中高温煅烧,得到不同形貌的B、Co离子分别掺杂的氮化碳纳米材料;所述碳自掺杂通过以下步骤实现:(a)在反应釜中将碳氮前驱体分散于醇溶液中,经高温水热反应,离心分离干燥得到固体粉末A;(b)将固体粉末A与模板试剂在醇溶液中搅拌,再次离心、干燥,得到固体粉末B;(c)将固体粉末B在惰性气氛中高温煅烧,得碳自掺杂的氮化碳纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种软模板法制备石墨相氮化碳纳米材料的方法,其特征在于,包括离子掺杂和碳自掺杂;所述离子掺杂通过以下步骤实现:(1)将碳氮前驱体分别与硼源、钴源和模板试剂在醇溶液中搅拌均匀,然后离心、干燥,得到固体粉末;(2)将固体粉末分别在惰性气氛中高温煅烧,得到不同形貌的B、Co离子分别掺杂的氮化碳纳米材料;所述碳自掺杂通过以下步骤实现:(a)在反应釜中将碳氮前驱体分散于醇溶液中,经高温水热反应,离心分离干燥得到固体粉末A;(b)将固体粉末A与模板试剂在醇溶液中搅拌,再次离心、干燥,得到固体粉末B;(c)将固体粉末B在惰性气氛中高温煅烧,得碳自掺杂的氮化碳纳米材料。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述碳氮前驱体为三聚氰胺或双氰胺。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述硼源为硼酸;所述钴源硝酸钴或氯化钴。4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述模板试剂为巯基乙酸;所述醇溶液为乙醇;所述搅拌的时间均为6-10h。5.根据权利要求1-...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨萍刘雨萌王俊鹏
申请(专利权)人:济南大学
类型:发明
国别省市:山东,37

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