一种过渡金属掺杂g-C3N4粉体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种过渡金属掺杂g‑C3N4粉体及其制备方法。其技术方案是：按含氮化合物∶过渡金属无机盐的质量比为1∶0.01～0.05配料，混合，得到混合物。按固液比为16.8～21.0g/L，将混合物加入有机溶剂I中，搅拌，于150～180℃条件下水热处理60～80h，然后用有机溶剂II洗涤，抽滤，于60～80℃条件下干燥8～10h，得到过渡金属掺杂g‑C3N4的配合物前驱体。最后在保护性气氛条件下，以5～8℃/min的速率将过渡金属掺杂g‑C3N4的配合物前驱体升温至450～600℃，保温2～4h，得到过渡金属掺杂g‑C3N4粉体。所述有机溶剂I与有机溶剂II相同。本发明专利技术成本低廉、工艺简单和环境友好；所制制品具有光响应能力优良、导电性好、结构形貌可控和比表面积高的特点。

A Transition Metal Doped g-C3N4 Powder and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属掺杂g-C3N4粉体及其制备方法
本专利技术属于粉体
具体涉及一种过渡金属掺杂g-C3N4粉体及其制备方法。
技术介绍
二维材料是指电子仅可在两个维度的纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料，因独有的特性应用于光学及电学器件、能源制备与储存、环境修护、杂化材料以及化学传感器等方面。其中氮化硼、碳氮材料、石墨烯和硫化钼等已得到广泛使用。石墨相氮化碳(g-C3N4)具有类似于石墨烯的结构，能带结构可调、稳定性好、易制备、原料来源广泛和环境友好，因而应用于光催化降解污染物、制氢、二氧化碳还原以及超级电容器等领域。但仍存在比表面积小、导电性差和激发的电子空穴易复合等问题，限制了在光催化方面的广泛应用。故不同的改性方法相继被提出，如掺杂、负载贵金属、构筑异质结结构和设计纳米结构等。如Bai等将g-C3N4表面修饰Pd纳米晶，借助二者间形成的异质结及贵金属高的导电性，贵金属能快速捕获g-C3N4上的光生电子，实现光生载流子的有效分离，提高了g-C3N4的光催化活性(BaiS,WangX,HuC,etal.Two-dimensionalg-C3N4:anidealplatformforexaminingfacetselectivityofmetalco-catalystsinphotocatalysis[J].Chemicalcommunications,2014,50(46):6094-6097.)。而贵金属负载虽然具有优良的性能，然而贵金属储量低，价格昂贵，限制了其应用范围。Yu等人(Yue,Q.Y.Li,eta1.Hydrogenproductionusingzinc-dopedcarbonnitridecatalystirradiatedwithvisiblelight[J].ScienceandTechnologyofAdvancedMaterials,2011,12(3):034401.)将g-C3N4与ZnCl2混合，经高温煅烧制得Zn掺杂的g-C3N4。这种方法制备的g-C3N4，难以对其形貌结构进行调控，不容易合成特殊形貌的g-C3N4。Chen等(ChenX,ZhangJ,FuX,etal.Fe-g-C3N4-CatalyzedOxidationofBenzenetoPhenolUsingHydrogenPeroxideandVisibleLight[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2009,131(33):11658-11659.)以双氰胺和三氯化铁为原料，以SBA-15为模板，在N2保护下加热到600℃保持4小时，制得Fe掺杂g-C3N4多孔材料。模板的去除一般需要用到强酸等，对环境污染较大。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低廉、工艺简单、环境友好的过渡金属掺杂g-C3N4粉体的制备方法，用该方法制备的过渡金属掺杂g-C3N4粉体的光响应能力优良、导电性好、结构形貌可控和比表面积高。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的具体步骤是：步骤一、过渡金属掺杂g-C3N4前驱体的制备按含氮化合物∶过渡金属无机盐的质量比为1∶0.01～0.05，将所述含氮化合物和所述过渡金属无机盐混合，得到混合物；再按固液比为16.8～21.0g/L，将所述混合物加入有机溶剂I中，搅拌1～3h，于150～180℃条件下水热处理60～80h；然后用有机溶剂II洗涤3～5次，抽滤，于60～80℃条件下干燥8～10h，制得过渡金属掺杂g-C3N4的配合物前驱体。步骤二、过渡金属掺杂g-C3N4粉体的制备在保护性气氛条件下，以5～8℃/min的速率将所述过渡金属掺杂g-C3N4的配合物前驱体升温至450～600℃，保温2～4h，制得过渡金属掺杂g-C3N4粉体。所述含氮化合物为三聚氰胺、三聚氰酸、尿素、硫脲和双氰胺中的一种。所述过渡金属无机盐为硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜和硝酸铁中的一种。所述有机溶剂I为氮-氮二甲基甲酰胺、无水乙醇和二甲基亚砜中的一种；所述有机溶剂II与所述有机溶剂I相同。所述保护性气氛为氩气、氮气和氨气中的一种。由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有如下积极效果：1、本专利技术中采用的有机无机杂化方式，工艺简单，采用自下而上的构筑方式能从分子层面进行结构设计，构筑的过渡金属掺杂g-C3N4粉体形貌可控。2、本专利技术不涉及到强酸的使用，对环境污染较小，原味引入的过渡金属能有效拓宽过渡金属掺杂g-C3N4粉体的光吸收范围，促进光生载流子的分离，具有更加优异的光催化性能。3、本专利技术以廉价的三聚氰胺、三聚氰酸、尿素、硫脲、双氰胺中的一种为主要原料，采用过渡金属取代贵金属，有效降低了生产成本。本专利技术制备的过渡金属掺杂g-C3N4粉体经检测：比表面积为59～82m2/g；总孔体积为0.24～0.68cm3/g；平均孔径为11.32～25.33nm。本专利技术成本低廉、工艺简单和环境友好；所制备的过渡金属掺杂g-C3N4粉体具有优良的光响应能力、导电性好、结构形貌可控和比表面积高的特点。附图说明图1是本专利技术制备的一种过渡金属掺杂g-C3N4粉体的SEM形貌图；图2是本专利技术制备的另一种过渡金属掺杂g-C3N4粉体的SEM形貌图；图3是本专利技术制备的又一种过渡金属掺杂g-C3N4粉体的SEM形貌图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的描述，并非对本专利技术保护范围的限制。本具体实施方式中：所述有机溶剂II与所述有机溶剂I相同。实施例中不再赘述。实施例1一种过渡金属掺杂g-C3N4粉体及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：按含氮化合物∶过渡金属无机盐的质量比为1∶0.01～0.018，将所述含氮化合物和所述过渡金属无机盐混合，得到混合物；再按固液比为16.8～17.8g/L，将所述混合物加入有机溶剂I中，搅拌1～3h，于150～180℃条件下水热处理60～80h；然后用有机溶剂II洗涤3～5次，抽滤，于60～80℃条件下干燥8～10h，制得过渡金属掺杂g-C3N4的配合物前驱体。步骤二、过渡金属掺杂g-C3N4粉体的制备在保护性气氛条件下，以5～8℃/min的速率将所述过渡金属掺杂g-C3N4的配合物前驱体升温至450～480℃，保温2～4h，制得过渡金属掺杂g-C3N4粉体。所述含氮化合物为三聚氰胺。所述过渡金属无机盐为硝酸钴。所述有机溶剂I为氮-氮二甲基甲酰胺。所述保护性气氛为氩气。本实施例制备的过渡金属掺杂g-C3N4粉体经检测：比表面积为70～75m2/g；总孔体积为0.24～0.45cm3/g；平均孔径为11.32～13.50nm。实施例2一种过渡金属掺杂g-C3N4粉体及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：按含氮化合物∶过渡金属无机盐的质量比为1∶0.018～0.026，将所述含氮化合物和所述过渡金属无机盐混合，得到混合物；再按固液比为17.6～18.6g/L，将所述混合物加入有机溶剂I中，搅拌1～3h，于150～180℃条件下水热处理60～80h；然后用有机溶剂II洗涤3～5次，抽滤，于60～80℃条件下干燥8～10h，制得过渡金属掺杂g-C3N4的配合物前驱体。步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种过渡金属掺杂g‑C3N4粉体的制备方法，其特征在于所述制备方法的具体步骤是：步骤一、过渡金属掺杂g‑C3N4前驱体的制备按含氮化合物∶过渡金属无机盐的质量比为1∶0.01～0.05，将所述含氮化合物和所述过渡金属无机盐混合，得到混合物；再按固液比为16.8～21.0g/L，将所述混合物加入有机溶剂I中，搅拌1～3h，于150～180℃条件下水热处理60～80h，然后用有机溶剂II洗涤3～5次，抽滤，于60～80℃条件下干燥8～10h，制得过渡金属掺杂g‑C3N4的配合物前驱体；步骤二、过渡金属掺杂g‑C3N4粉体的制备在保护性气氛条件下，以5～8℃/min的速率将所述过渡金属掺杂g‑C3N4的配合物前驱体升温至450～600℃，保温2～4h，制得过渡金属掺杂g‑C3N4粉体。

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属掺杂g-C3N4粉体的制备方法，其特征在于所述制备方法的具体步骤是：步骤一、过渡金属掺杂g-C3N4前驱体的制备按含氮化合物∶过渡金属无机盐的质量比为1∶0.01～0.05，将所述含氮化合物和所述过渡金属无机盐混合，得到混合物；再按固液比为16.8～21.0g/L，将所述混合物加入有机溶剂I中，搅拌1～3h，于150～180℃条件下水热处理60～80h，然后用有机溶剂II洗涤3～5次，抽滤，于60～80℃条件下干燥8～10h，制得过渡金属掺杂g-C3N4的配合物前驱体；步骤二、过渡金属掺杂g-C3N4粉体的制备在保护性气氛条件下，以5～8℃/min的速率将所述过渡金属掺杂g-C3N4的配合物前驱体升温至450～600℃，保温2～4h，制得过渡金属掺杂g-C3N4粉体。2.根据权利要求1所述的过渡金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雷，杜莹莹，陈辉，方伟，何漩，李薇馨，曾祥会，黄朝晖，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42