一种蜂巢状氮化碳的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有粘接中空空腔结构的蜂巢状氮化碳的制备方法，其特征在于制备过程包括以下步骤：a)海泡石酸处理；b)海泡石聚多巴胺包覆改性；c)将聚多巴胺包覆改性的海泡石与氮化碳前驱体混合均匀，然后高温焙烧；d)去除模板，即制得蜂巢状氮化碳。本发明专利技术采用廉价易得的海泡石作为硬模板，聚多巴胺作为粘结剂，有效地简化了大比表面积氮化碳的制备工艺，降低了其生产成本。更为重要的是，采用本发明专利技术方法制备出的蜂巢状氮化碳具有独特的空腔结构和较大的比表面积，具有优异的可见光光催化活性，可广泛应用于光解水制氢、光催化降解污染物等领域。

A preparation method of honeycomb like carbon nitride

The invention discloses a preparation method of honeycomb like carbon nitride with adhesive hollow cavity structure, which is characterized by the following steps: a) sepiolite treatment; b) polydopamine coating modification of sepiolite; c) the polydopamine coated sepiolite is mixed evenly with the nitrogenous precursor, and then roasted at high temperature D) removal of the template, that is, the honeycomb like carbon nitride. The invention uses cheap and readily available sepiolite as a hard template, and polydopamine as a binder, effectively simplifies the preparation process of large specific surface area of carbon nitride, and reduces its production cost. More importantly, the honeycomb like carbon nitride prepared by this method has unique cavity structure and large specific surface area, and has excellent visible light photocatalytic activity. It can be widely used in the fields of photodissociation of hydrogen and photocatalytic degradation of pollutants.

【技术实现步骤摘要】
一种蜂巢状氮化碳的制备方法
本专利技术涉及一种蜂巢状氮化碳材料的制备方法，属于材料制备领域。
技术介绍
半导体光催化技术是利用半导体特殊的电子结构，在光的照射下激发产生光生电子-空穴对，在半导体表面引发氧化还原反应，从而将太阳能在温和的条件下转化为化学能，可以应用于光催化杀菌、光照降解污染物、CO2还原和光解水制氢气和氧气等领域。石墨相氮化碳是一种有机半导体光催化材料，它不含金属元素，具有原材料来源广、制备简单、价格低廉、禁带宽度窄(约为2.7eV)、可见光响应好等优势。但是，采用常规热解方法制备的石墨相氮化碳通常比表面积较小(10-20m2g-1)。比表面积小导致其表面反应活性位较少，不利于光生载流子的分离和转移，因此，石墨相氮化碳光催化材料的活性较低。提高石墨相氮化碳的比表面积是改善其光催化活性的有效方法之一，其中通过模板法制备中空结构是提高石墨相氮化碳比表面积的常用方法。目前，制备中空结构石墨相氮化碳采用的模板主要有：SiO2纳米球(专利：105217584A)、SBA-15(DOI:10.1021/cm902130z)、介孔二氧化硅(DOI:10.1038/ncomms14430)等。这些方法，虽可制得比表面积较大的石墨相氮化碳光催化材料，但同时也存在一些不足：(1)模板价格较高，导致所制备的石墨相氮化碳光催化材料成本较高；(2)石墨相氮化碳前驱体如三聚氰胺、尿素、单氰胺、双氰胺等，与模板的结合并不理想。制得大比表面积的石墨相氮化碳、往往需要对模板进行复杂的改性处理。这不仅使得石墨相氮化碳的制备过程复杂，同时也进一步增大了生产成本。因此，如何采用廉价的材料作为模板，通过简易的方法制备出大比表面积的石墨相氮化碳，对于其实际应用有着重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种比表面积大的蜂巢状氮化碳的制备方法。一种蜂巢状氮化碳材料的制备方法，其特征在于制备过程包括以下步骤：a)海泡石酸处理；b)海泡石聚多巴胺包覆改性；c)将聚多巴胺包覆改性海泡石与氮化碳前驱体混合均匀，然后高温焙烧；d)去除模板，即制得蜂巢状氮化碳。所述蜂巢状氮化碳材料具有粘接的中空空腔结构。所述海泡石酸处理是将海泡石与盐酸、硝酸反应，除去杂质及增大孔体积；所述海泡石聚多巴胺包覆改性是将酸处理后的海泡石与盐酸多巴胺在缓冲溶液中反应，生成聚多巴胺改性海泡石；所述去除模板是将聚多巴胺包覆改性海泡石与氮化碳前驱体高温焙烧产物与刻蚀剂反应。所述缓冲溶液的pH值为8～9；所述盐酸多巴胺的浓度为1～5mg/ml。所述刻蚀剂是氢氟酸或氟化铵之任一种。所述氮化碳前驱体是指三聚氰胺、尿素、单氰胺、双氰胺之任一种或二种以上之混合物。聚多巴胺包覆改性海泡石与氮化碳前驱体的质量比为1～10:1。所述高温焙烧是在空气氛围中，焙烧温度为500～600℃，焙烧时间为1～5小时。本专利技术具有实质性特点和显著进步：1)本专利技术采用海泡石作为模板制备大比表面积石墨相氮化碳材料，具有模板价格低廉、比表面积大等优点。海泡石是一种具有层链状结构的黏土矿物，内部存在丰富的孔洞，价格非常便宜。2)采用海泡石作为模板，可以大幅度降低中空石墨相氮化碳的生产成本；本专利技术通过盐酸多巴胺在缓冲溶液中与空气中的氧反应，生成聚多巴胺包覆层不仅操作方便，同时也可使模板与石墨相氮化碳前驱体结合良好，所制备的蜂巢状氮化碳比表面积大等优势。在相同质量比的模板：前驱体的条件下，采用聚多巴胺处理后所制备的蜂巢状氮化碳的比表面积(实施例3)约为未处理的(对比例2)的5倍)采用本专利技术所述方法制得的蜂巢状氮化碳具有优异的太阳能驱动光催化活性，测试结果表明，在可见光(λ≥400nm)照射下本专利技术制备的氮化碳产氢速率可达1061.87umol·g-1·h-1(实施例3)，约为对比例1制备的体相氮化碳(151.24umol·g-1·h-1)的7倍。附图说明图1为对比例1制备得到的体相氮化碳的透射电子显微镜图(TEM)；图2为实施例3制备的蜂巢状氮化碳透射电子显微镜图(TEM)；图3为实施例4制备的蜂巢状氮化碳(TEM)；图4为实施例5制备的蜂巢状氮化碳透射电子显微镜图(TEM)；图5为对比例1、2和实施例3制得的氮化碳的N2吸附-脱附曲线图，插图为实例3制备的蜂巢状氮化碳的孔径分布图；图6为实施例3制备的蜂巢状氮化碳和对比例1、2制备的体相氮化碳可见光下(λ≥400nm)光解水产氢性能图。具体实施方式以下通过具体的实施例对专利技术的技术方案作进一步描述。海泡石酸处理可参照以下方式进行，改变酸处理过程不构成对本专利技术的限制。将100g海泡石与1000ml6mol/L盐酸或硝酸反应5h，然后过滤、洗涤、干燥。实施例1：(1)制备聚多巴胺包覆改性海泡称取10g酸处理的海泡石超声分散在100ml的pH＝8的H3BO3-NaOH缓冲液中，加入100mg的盐酸多巴胺，氧化聚合12h，离心水洗多次，60℃干燥。(2)制备蜂巢状氮化碳称取5g聚多巴胺包覆改性海泡石、5g单氰胺置于研钵中，充分研磨后，置于管式炉中空气氛围下，以2℃/min升温至500℃，恒温5h，待自然冷却后，得到淡黄色粉末。将热处理得到的淡黄色粉末用质量分数为5％的HF水溶液刻蚀，去除海泡石模板，并洗涤多余HF，60℃干燥，即可得到蜂巢状氮化碳。实施例2：(1)制备聚多巴胺包覆改性海泡称取10g酸处理的海泡石超声分散在100ml的pH＝8.5的H3BO3-NaOH缓冲液中，加入100mg的盐酸多巴胺，氧化聚合12h，离心水洗多次，60℃干燥。(2)制备蜂巢状氮化碳分别称取5g聚多巴胺包覆改性海泡石、0.5g三聚氰胺置于研钵中，充分研磨后，置于管式炉中空气氛围下，以2℃/min升温至600℃，恒温1h，待自然冷却后，得到淡黄色粉末。将热处理得到的淡黄色粉末用质量分数为5％的HF水溶液刻蚀，去除海泡石模板，并洗涤多余HF，60℃干燥，即可得到蜂巢状氮化碳。实施例3：(1)制备聚多巴胺包覆改性海泡称取10g酸处理的海泡石超声分散在100ml的pH＝9的H3BO3-NaOH缓冲液中，加入500mg的盐酸多巴胺，氧化聚合12h，离心水洗多次，60℃干燥。(2)制备蜂巢状氮化碳分别称取5g聚多巴胺包覆改性海泡石、2.5g三聚氰胺置于研钵中，充分研磨后，置于管式炉中空气氛围下，以2℃/min升温至550℃，恒温2h，待自然冷却后，得到淡黄色粉末。将热处理得到的淡黄色粉末用质量分数为5％的HF水溶液刻蚀，去除海泡石模板，并洗涤多余HF，60℃干燥，即可得到蜂巢状氮化碳，其比面积面积约为389.2m2·g-1。实施例4：(1)制备聚多巴胺包覆改性海泡称取10g酸处理的海泡石超声分散在100ml的pH＝8.5的H3BO3-NaOH缓冲液中，加入100mg的盐酸多巴胺，氧化聚合12h，离心水洗多次，60℃干燥。(2)制备蜂巢状氮化碳分别称取5g聚多巴胺包覆改性海泡石、1.25g尿素和1.25g三聚氰胺置于研钵中，充分研磨后，置于管式炉中空气氛围下，以2℃/min升温至600℃，恒温1h，待自然冷却后，得到淡黄色粉末。将热处理得到的淡黄色粉末用质量分数为的5％的NH4F水溶液刻蚀，去除海泡石模板，并洗涤多余NH4F，60℃干燥，即可得到蜂巢状氮化碳。实施例5：(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂巢状氮化碳材料的制备方法，其特征在于制备过程包括以下步骤：a)海泡石酸处理；b)海泡石聚多巴胺包覆改性；c)将聚多巴胺包覆改性的海泡石与氮化碳前驱体混合均匀，然后高温焙烧；d)去除模板，即制得蜂巢状氮化碳。

【技术特征摘要】
1.一种蜂巢状氮化碳材料的制备方法，其特征在于制备过程包括以下步骤：a)海泡石酸处理；b)海泡石聚多巴胺包覆改性；c)将聚多巴胺包覆改性的海泡石与氮化碳前驱体混合均匀，然后高温焙烧；d)去除模板，即制得蜂巢状氮化碳。2.如权利1要求所述蜂巢状氮化碳材料的制备方法，其特征在于蜂巢状氮化碳材料具有粘接的中空空腔结构。3.如权利1要求所述一种蜂巢状氮化碳材料的制备方法，其特征在于：所述海泡石酸处理是将海泡石与盐酸或硝酸反应，除去杂质及增大孔体积。所述海泡石聚多巴胺包覆改性是将酸处理后的海泡石与盐酸多巴胺在缓冲溶液中反应，生成聚多巴胺改性海泡石；所述去除模板是将聚多巴胺包覆改性海泡石与氮化碳前驱体高温焙烧产物与刻蚀剂反应。4.如权利1，3要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵才贤，李靖娥，陈烽，兰富军，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43