本发明专利技术涉及一种高比表面积多孔g‑C3N4的制备方法。先采用一定比例的甲醇—丙三醇体系对尿素进行重结晶，用无水乙醇洗涤晶体并烘干，再将晶体置于加盖坩埚里在马弗炉400℃焙烧2h，550℃焙烧2h，即可得到淡黄色的纯g‑C3N4。本发明专利技术可通过调节甲醇—丙三醇—尿素的比例获得不同比表面积和孔容积的g‑C3N4，所制备出的g‑C3N4的比表面积为133.05m2/g～210.80 m2/g，孔容积0.497～1.537cm3/g。本发明专利技术方法操作步骤简单，原料价廉，有效降低产品成本，具有很高的应用前景和实用价值。
A preparation method of a porous g-C3N4 with high specific surface area
The invention relates to a preparation method of high specific surface area porous g C3N4. A certain proportion of methanol and glycerol system was used to recrystallization of urea, and the crystal was washed with anhydrous ethanol and dried, then the crystal was placed in the crucible at 400 C for 2h in the muffle furnace and roasted for 2h at 550 degrees C. The pure g C3N4 of light yellow could be obtained. The present invention can obtain g C3N4 with different specific surface area and pore volume by adjusting the proportion of methanol - glycerol - urea. The specific surface area of the prepared g C3N4 is 133.05m2/g to 210.80 m2/g, and the pore volume is 0.497 to 1.537cm3/g. The method has the advantages of simple operation steps, low cost of raw materials, and effective reduction of product cost, and has high application prospect and practical value.
【技术实现步骤摘要】
一种高比表面积多孔g-C3N4的制备方法
本专利技术涉及一种高比表面积多孔g-C3N4纳米材料的制备方法，属于无机功能材料制备
技术介绍
石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种新型的可见光催化材料受到了广泛关注。这种简单的聚合物半导体由氮、碳和少量的氢元素组成。由于氮和碳元素的sp2轨道杂化，形成了π共轭平面，其禁带宽度只有2.7ev。且这种聚合物半导体易于制备，可以直接通过热缩聚尿素等含氮有机前驱体而获得。但是，通过直接热缩聚合成的g-C3N4比表面积和孔隙率都很低，制约了其进一步发展。因此，诸多方法被用于改性制备纳米级g-C3N4，以改善其表面结构从而获得良好的光催化活性。纳米级多孔g-C3N4能够获得较高的比表面积，如：纳米片、纳米纤维、纳米棒等。迄今，制备高比表面积多孔g-C3N4纳米材料都是基于模板法—硬模板法和软模板法，然而大多数硬模板法都是使用二氧化硅球作为模板剂，需要用NH4HF2、HF或者NaOH等溶液移除，非常不利于环保；软模板法需要添加各种表面活性剂，可能会引入更多的C缺陷，从而导致光生载流子的复合几率变大。因此，探究新颖简单的无模板法制备高比表面积多孔g-C3N4纳米材料对于促进其应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有研究的空缺，提出一种高比表面积多孔g-C3N4纳米材料的制备方法，工艺过程简单，原料价廉，无需模板，得到的g-C3N4纳米材料具有较高的比表面积和丰富的孔结构。为实现这一目的，本专利技术采用甲醇-丙三醇体系对尿素进行重结晶，用无水乙醇洗涤晶体，烘干后置于马弗炉里焙烧制备g-C3N4纳米材料。本专利技术的方法包括如下具体步骤：1、重结晶尿素：在磨口锥形瓶中依次加入丙三醇、甲醇和尿素，将锥形瓶套上球形冷凝管置于水浴加热磁力搅拌器中，40℃恒温搅拌冷凝回流，待到尿素全部溶解后继续恒温搅拌回流15min，再趁热将锥形瓶里的溶液倒入烧杯中，用保鲜膜密封烧杯口，让溶液在室温下静置重结晶。其中丙三醇用量为0.8～8g，甲醇用量为30～35g，尿素用量为15～20g，丙三醇：甲醇：尿素的用量具体分别可为0.8:35:15g，1.3:34.2:15g,2.5:33.5:15g,4.1:32.5:15g，6:31:15g，8:30:20g。2、洗涤、烘干晶体：收集重结晶析出的尿素晶体，用无水乙醇少量多次洗涤并抽滤至晶体无丙三醇残留，然后将晶体置于鼓风干燥箱里120℃鼓风烘干。3、焙烧尿素晶体：将烘干的尿素放入加盖陶瓷坩埚的2/3以上，用锡纸包裹坩埚，置于马弗炉中400℃恒温焙烧2h后，升温到550℃恒温焙烧2h，体系自然冷却2h。其中从室温升温到400℃，升温速率为15～20℃/min，从400℃升温到550℃，升温速率为15℃/min。最后收集的淡黄色粉末状样品，即为g-C3N4。本专利技术具有以下特点：1、本专利技术可以通过调节甲醇-丙三醇-尿素的比例获得不同比表面积和孔容积的g-C3N4。所制备出的g-C3N4的比表面积为133.05m2/g～210.80m2/g，孔容积为0.497～1.537cm3/g，比传统直接热缩聚合成的g-C3N4比表面积（大约10m2/g）和孔容积（﹤0.1cm3/g）有较大提高。2、本专利技术提供的制备方法，其原料价廉，工艺简单，有效降低产品成本，具有很高的应用前景和实用价值。附图说明图1为本专利技术实施例1所得到的g-C3N4的场发射扫描电镜照片。图2为本专利技术实施例2所得到的g-C3N4的场发射扫描电镜照片。图3为本专利技术实施例3所得到的g-C3N4的场发射扫描电镜照片。图4为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3所得到的g-C3N4孔分布对比图。图5为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3所得到的g-C3N4XRD对比图。具体实施方式本专利技术下述实施例中所使用的甲醇、丙三醇、尿素、无水乙醇均为分析纯。下述实施例中，采用荷兰PanalyticalX’PertPRO型X射线衍射仪（XRD）(CuKa射线，λKα=1.54060Å，电压为40kV，电流为40mA)，测试制备的高比表面积多孔g-C3N4的晶型结构。采用V-Sorb2800P比表面积及孔径分析仪，测定制备的g-C3N4的比表面积（BET）和孔分布。实施例1（1）在一个150ml磨口锥形瓶中依次加入0.8g丙三醇，35g甲醇，混合均匀后，加入15g尿素，套上球形冷凝管后置于水浴加热磁力搅拌器中40℃恒温磁力搅拌和冷凝回流，待尿素全部溶解后继续恒温搅拌回流15min，再趁热把溶液倒入烧杯中，用保鲜膜密封住烧杯口，让溶液在室温下静置冷却重结晶。用同样的方法平行再制备两份。（2）收集以上重结晶后的尿素，用适量无水乙醇洗涤直至无丙三醇残留，然后将晶体置于鼓风干燥箱里120℃鼓风烘干。（3）将烘干的尿素放入30ml加盖陶瓷坩埚的2/3以上，用锡纸包裹坩埚，置于马弗炉中以15～20℃/min的升温速率升温到400℃恒温焙烧2h，然后以15℃/min的升温速率升温到550℃恒温焙烧2h，体系自然冷却2h。最后收集到淡黄色g-C3N4的比表面积为210.80m2/g，孔容积为1.381cm3/g。从图1可看出，所得的g-C3N4形貌为片状多孔结构。从图4的孔分布对比图可看出，所得的g-C3N4的孔分布最高点主要在2.67nm，其次在16.08～87.52nm有明显孔分布，而在87～180nm存在较少的孔分布。从图5XRD对比图可知，实施例1的XRD图仅在2θ为12.8°和27.6°有强衍射峰，其中12.8°归属于层内结构基元的周期性排列，对应于CN(100)晶面，27.6°归属于共轭芳香体系的层间堆积，对应于CN（002）晶面，表明所得产物为纯g-C3N4。实施例2（1）在一个150ml磨口锥形瓶中依次加入2.5g丙三醇，33.5g甲醇，混合均匀后，加入15g尿素，套上球形冷凝管后置于水浴加热磁力搅拌器中40℃恒温磁力搅拌和冷凝回流，待尿素全部溶解后继续恒温搅拌回流15min，再趁热把溶液倒入烧杯中，用保鲜膜密封住烧杯口，让溶液在室温下静置冷却重结晶。用同样的方法平行再制备两份。（2）收集以上重结晶后的尿素，用适量无水乙醇洗涤抽滤直至无丙三醇残留，然后将晶体置于鼓风干燥箱里120℃鼓风烘干。（3）将烘干的尿素放入30ml加盖陶瓷坩埚的2/3以上，用锡纸包裹坩埚，置于马弗炉中以15～20℃/min的升温速率升温到400℃恒温焙烧2h，然后以15℃/min的升温速率升温到550℃恒温焙烧2h，体系自然冷却2h。最后收集的淡黄色g-C3N4比表面积为180.39m2/g，孔容积为1.537cm3/g。从图2可看出，所得的g-C3N4形貌为片状多孔，但在相同扫描电镜倍率下，较图1相比，片状面积变小，孔隙较为明显，所测得的孔容积增加，比表面积减小。从图4可知，所得的g-C3N4的孔分布最高点主要在2.39nm，其次在71.63～104.30nm有较强集中分布，而在5.38～71.63nm、104.30～180nm有较弱孔分布，但对比实施例1，实施例2所得的g-C3N4在＜5nm的孔分布减小，在5.38～180nm的孔分布增加，尤其形成较多在71.63～104.30nm的孔隙结构。从图5可知，实施例2所制得的g-C3N4本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高比表面积多孔g‑C3N4的制备方法，其特征在于包括如下步骤。
【技术特征摘要】
1.一种高比表面积多孔g-C3N4的制备方法，其特征在于包括如下步骤。2.重结晶尿素：在磨口锥形瓶中依次加入丙三醇、甲醇和尿素，将锥形瓶套上球形冷凝管置于水浴加热磁力搅拌器中，40℃恒温搅拌冷凝回流，待到尿素全部溶解后继续恒温搅拌回流15min，再趁热将锥形瓶里的溶液倒入烧杯中，用保鲜膜密封烧杯口，让溶液在室温下静置重结晶；其中丙三醇用量为0.8～8g，甲醇用量为30～35g，尿素用量为15～20g。3.洗涤、烘干晶体：收集重...
【专利技术属性】
技术研发人员：马祥英，黄在银，刘绍刚，陈其锋，韩妆，
申请(专利权)人：广西民族大学，
类型：发明
国别省市：广西,45
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