一种类菌褶状氮化碳微球的制备方法及所得产品技术

本发明专利技术公开了一种类菌褶状氮化碳微球的制备方法及所得产品，步骤为：将蔗糖水溶液和含氮有机前驱体混合均匀，在170～190℃进行水热反应，得碳球和含氮有机前驱体的混合物，将该混合物进行两段煅烧，得氮化碳微球。本发明专利技术制备简单、成本低，产品由若干薄片组成，具有类菌褶的形貌，该微观形貌与二维石墨相氮化碳材料相比理论上具有更大的比表面积，有利于提供更多的活性位点提高反应活性，氮化碳微球还可以进一步与其他材料复合，在光催化等诸多领域表现出应用潜力。

Preparation method and product of a kind of gill like carbon nitride microsphere

The invention discloses a preparation method and a product of a kind of mushroom shaped carbon nitride microspheres. The process is as follows: mixing the sucrose solution with the nitrogen containing organic precursor and conducting a hydrothermal reaction at 170~190 degrees C, the mixture of the carbon ball and the nitrogen containing organic precursor is obtained, and the mixture is calcined in two segments and the carbon nitride microspheres are obtained. The invention is simple in preparation and low in cost. The product is composed of several thin slices, and has the morphology of the like type. The microstructure has a larger specific surface area compared with the two dimensional graphite phase carbon nitride material. It is beneficial to provide more active sites to improve the reactive activity, and the carbon nitride microsphere can be further combined with other materials. It has potential applications in many fields such as photocatalysis.

【技术实现步骤摘要】
一种类菌褶状氮化碳微球的制备方法及所得产品
本专利技术涉及一种氮化碳微球的制备方法，具体涉及一种形貌特殊的、类菌褶状氮化碳微球的制备方法及所得产品，属于半导体材料制备

技术介绍
石墨相氮化碳由于具有与石墨烯类似的二维片层结构，近些年来，引起了人们的不断探索，并作为一种催化材料，活跃在光催化和电催化等领域。然而，氮化碳由于比表面积低、可见光吸收能力不足，光生电子-空穴对复合速率快等自身缺陷，一直以来很大程度上限制了氮化碳的应用。为了解决这一问题，人们做了大量的探索。人们发现，改变氮化碳的形貌，是实现氮化碳改性的有效方式。由此，氮化碳纳米球、纳米管、纳米花等一系列新形貌被合成出来，并应用于光催化、电催化等领域。对于氮化碳形貌的控制，人们普遍采取的是模板法。而在模板法中，人们普遍采用二氧化硅作为模板进行纳米球，纳米管，类囊体等多种形貌的合成，是比较成熟且普遍的方法，采用其他模板进行氮化碳新形貌合成的报道较少。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种类菌褶状氮化碳微球的制备方法及所得产品，该方法以碳球作为模板，操作过程简单，成本低，所得氮化碳微球由若干薄片自组装而成，具有三维类菌褶的形貌，形貌特殊。本专利技术以含氮有机前驱体、蔗糖为原料，水为溶剂，以蔗糖脱水形成的碳球为模板，经多次热处理得到了类菌褶状氮化碳微球。这种三维的菌褶状形貌的理论比表面积比传统的二维形貌的比表面积大，为氮化碳新形貌的合成提供了新的方法，同时本方法具有很好的启发意义，可用于其他多种材料的合成。本专利技术具体技术方案如下：一种氮化碳微球的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将蔗糖水溶液和含氮有机前驱体混合均匀，得混合物；（2）将步骤（1）的混合物在170～190℃进行水热反应，分离反应产物，得碳球和含氮有机前驱体的混合物；（3）将步骤（2）的碳球和含氮有机前驱体的混合物进行两段煅烧，得氮化碳微球，所述两段煅烧的过程是：升温至550~650℃，在气体保护下进行第一次煅烧，自然冷却后升温至500～540℃，在空气气氛下进行第二次煅烧，自然冷却。上述制备方法中，以蔗糖为碳源，通过步骤（2）的水热反应，蔗糖脱水形成含有微孔的碳球，并且在蔗糖脱水形成碳球的过程中含氮有机前驱体被引入碳球内部，形成碳球和含氮有机前驱体的混合物。通过后续的煅烧程序的控制，随着碳球的去除，含氮有机前驱体发生热缩聚形成氮化碳，形成了三维类菌褶状的氮化碳微球。进一步的，上述步骤（1）中，含氮有机前驱体与蔗糖的质量比为0.05~0.4:1。进一步的，蔗糖在步骤（1）的混合物中的浓度为0.5～2mol/L。进一步的，所述含氮有机前驱体为三聚氰胺或双氰胺。进一步的，水热反应在密闭环境下进行。一般的，水热反应的时间为4～6h。进一步的，本专利技术分两次煅烧来控制最终产品的形貌，第一次煅烧的目的有两方面：第一，使水热产物中的碳充分炭化；第二，使含碳氮有机前驱体热缩聚形成石墨相氮化碳。第二次煅烧的目的是：在空气气氛下将微球中的石墨化的碳完全氧化，模板去除得到石墨相氮化碳微球。优选的，第一次煅烧时，以1～5℃/min的升温速率升至550~650℃，第二次煅烧时，以1～2℃/min的升温速率升至500～540℃。优选的，第一次煅烧时，在550~650℃保温2-6h，第二次煅烧时，在500～540℃保温4～6h。进一步的，步骤（3）中，第一次煅烧时，在氮气或惰性气体保护下进行。本专利技术所得氮化碳微球由氮化碳薄片自组装而成，氮化碳微球的尺寸为2-20微米。所得产品的SEM图如图2和3所示，从图中可以看出，所得氮化碳微球的微观形貌类似菌褶状。并且，菌褶呈现出较为蓬松的状态。本专利技术产品形貌特殊，该形貌的理论比表面积比二维的纳米棒等比表面积大。因此，由上述方法制得的氮化碳微球也在本专利技术保护范围之内。本专利技术以含氮有机前驱体、蔗糖为原料，水为溶剂，通过以蔗糖脱水形成的碳球为模板，经多次热处理得到了形貌特殊的氮化碳微球。该方法简单易行，且价格低廉，重复性好，便于工业化生产。且该方法具有启发意义，可用于其他多种材料的合成。本专利技术所得氮化碳微球由氮化碳薄片组成，呈现出较为蓬松的类菌褶状，该形貌特殊，极具创新性，该类菌褶状三维形貌与传统的二维氮化碳材料相比理论上具有更大的比表面积，有利于提供更多的活性位点提高反应活性，该氮化碳微球还可以与其他物质进行有效的复合，进一步促进光生电子空穴对的分离与转移，在光催化等诸多领域表现出应用潜力。附图说明图1为实施例1制备的类菌褶状氮化碳微球的XRD图。图2为实施例1制备的类菌褶状氮化碳微球的扫描电镜（SEM）照片。图3为实施例2制备的类菌褶状氮化碳微球的扫描电镜（SEM）照片。图4为对比例1制备的氮化碳微球的扫描电镜（SEM）照片。图5为对比例2制备的氮化碳样品的扫描电镜（SEM）照片。图6为对比例3制备的氮化碳样品的扫描电镜（SEM）照片。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20.5g蔗糖溶于40ml去离子水，配成1.5M（即mol/L，下同）的蔗糖溶液。1.2.将2g三聚氰胺加入步骤1.1的溶液，搅拌0.5h至三聚氰胺分散均匀。1.3.将40ml步骤1.2的液体转移至50ml反应釜中，190℃密闭反应6h，离心分离，得到碳球与三聚氰胺的混合物。1.4.将步骤1.3所得的产品用去离子水离心洗涤多次，自然晾干。1.5.将上述步骤1.4所得产物在氩气气体的保护下进行第一次煅烧，以1℃/min的升温速度加热至550℃，保温4h，之后随炉自然冷却。1.6.将步骤1.5所得样品在空气气氛下进行第二次煅烧，以1℃/min的升温速率升至500℃并保温4h，得到最终产品。图1是所得产品的XRD图，从图中可以看出所得微球是石墨相氮化碳。图2是所得产品的扫描电镜照片，从图中可以看出，所得产品尺寸约5～20微米，产品由氮化碳薄片自组装而成，为微球，其微观形貌为类菌褶状，且菌褶呈蓬松状态。实施例22.1将27.3g蔗糖溶于40ml去离子水，配成2M的蔗糖溶液。2.2.将2g三聚氰胺加入步骤2.1的溶液，搅拌0.5h至三聚氰胺分散均匀。2.3.将40ml步骤2.2的液体转移至50ml反应釜中，190℃密闭反应6h，离心分离，得到碳球/三聚氰胺混合物。2.4.将步骤2.3所得的产品用去离子水离心洗涤多次，自然晾干。2.5.将上述步骤2.4所得产物在氩气气体的保护下进行第一次煅烧，以1℃/min的升温速度加热至550℃，保温4h，之后随炉自然冷却。2.6.将步骤2.5得到的样品在空气气氛下进行第二次煅烧，以1℃/min的升温速率升至500℃并保温4h，得氮化碳微球，其描电镜照片如图3所示，其由若干薄片自组装而成，形貌为类菌褶状，尺寸在5~15微米左右。实施例33.1将13.7g蔗糖溶于40ml去离子水，配成1M的蔗糖溶液。3.2.将2g三聚氰胺加入步骤3.1的溶液，搅拌0.5h至三聚氰胺分散均匀。3.3.将40ml步骤3.2的液体转移至50ml反应釜中，190℃密闭反应6h，离心分离，得到碳球/三聚氰胺混合物。3.4.将步骤3.3所得的产品用去离子水离心洗涤多次，自然晾干。3.5.将上述步骤3.4所得的产物在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化碳微球的制备方法，其特征是包括以下步骤：（1）将蔗糖水溶液和含氮有机前驱体混合均匀，得混合物；（2）将步骤（1）的混合物在170～190℃进行水热反应，分离反应产物，得碳球和含氮有机前驱体的混合物；（3）将步骤（2）的碳球和含氮有机前驱体的混合物进行两段煅烧，得氮化碳微球，所述两段煅烧的过程是：升温至550~650℃，在气体保护下进行第一次煅烧，自然冷却后升温至500～540 ℃，在空气气氛下进行第二次煅烧，自然冷却。

【技术特征摘要】
1.一种氮化碳微球的制备方法，其特征是包括以下步骤：（1）将蔗糖水溶液和含氮有机前驱体混合均匀，得混合物；（2）将步骤（1）的混合物在170～190℃进行水热反应，分离反应产物，得碳球和含氮有机前驱体的混合物；（3）将步骤（2）的碳球和含氮有机前驱体的混合物进行两段煅烧，得氮化碳微球，所述两段煅烧的过程是：升温至550~650℃，在气体保护下进行第一次煅烧，自然冷却后升温至500～540℃，在空气气氛下进行第二次煅烧，自然冷却。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，含氮有机前驱体与蔗糖的质量比为0.05~0.4:1；蔗糖在步骤（1）的混合物中的浓度为0.5～2mol/L。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是：所述含氮有机前驱体为三聚氰胺或双氰胺。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（2）中，水热反应的时间为4～6h。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨萍，江志翔，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37