一种兼具体相高结晶和表面缺陷结构的氮化碳的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种兼具体相高结晶和表面缺陷结构的氮化碳的制备方法，包括：（1）将两种三嗪前驱体分别溶解于溶剂中，在搅拌下混合后发生超分子自组装得到沉淀，分离后得到固体产物；（2）将固体产物与低熔点无机盐混合后，采用熔盐热缩聚法在高温下煅烧，洗涤、分离去除无机盐，干燥后得到具有高结晶性的氮化碳固体产物；（3）将氮化碳固体产物置于敞口管式炉中热处理，并在热处理后快速冷却，得到表面富含缺陷的高结晶氮化碳材料。本发明专利技术采用熔盐热缩聚耦合快速热处理法，可得到体相高结晶且表面含有缺陷的氮化碳材料，制备方法简单，产物具有良好的可见光吸收和光生电荷分离性能，具有优异的光催化活性。异的光催化活性。异的光催化活性。

【技术实现步骤摘要】
一种兼具体相高结晶和表面缺陷结构的氮化碳的制备方法


[0001]本专利技术涉及催化
，具体是一种兼具体相高结晶和表面缺陷结构的氮化碳的制备方法。

技术介绍

[0002]当前，全球面临着严峻的能源短缺和环境污染问题。氢是一种清洁、高能量密度的能源，在交通业和工业等领域发挥着重要作用，被誉为21世纪最具潜力的清洁高效能源。目前，氢气的生产主要来自于化石能源煤和天然气的重整，长期依赖于这一制备方式可能会进一步加剧能源和环境问题。利用丰富的可再生资源如太阳能，通过光催化制氢是解决能源及环境问题的理想途径之一，开发具有可见光响应的、高效稳定的光催化剂是光催化领域的研究热点。
[0003]石墨相氮化碳（CN）是一种可见光响应的聚合物半导体光催化材料。通常氮化碳是采用含C、N的有机单体通过热缩聚反应来合成，然而这种方法合成的氮化碳通常具有低结晶性、低比表面积和光生电荷复合严重等缺点。调控氮化碳的结晶性和缺陷是提高载流子分离效率和光催化活性的有效途径。Liu等（Advanced Materials, 2014, 26, 8046
‑
8052）通过在氢气气氛下还原引入了均匀的氮空位，氮化碳的带隙明显变窄，光生载流子复合得到有效抑制，展示出明显提高的可见光光催化活性。Zhang等人（Advanced Materials, 2017, 1605148）通过碱辅助热缩聚法合成了一种表面富含氮缺陷的氮化碳，由于产物的可见光吸收和载流子分离性能得到改善，因而在可见光下表现出更好的光催化产氢性能。然而，目前报道的缺陷调控方法依赖于特殊气氛处理或加入特殊试剂在氮化碳上引入缺陷，制备过程较为复杂，而且氮化碳本身的结晶性仍然比较低，这将在一定程度上限制其光催化活性的提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种兼具体相高结晶和表面缺陷结构的氮化碳的制备方法，采用熔盐热缩聚耦合快速热处理法可灵活调控氮化碳的结晶性和缺陷，得到体相高结晶且表面含有缺陷的氮化碳材料。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种兼具体相高结晶和表面缺陷结构的氮化碳的制备方法，包括以下步骤：步骤S1.将两种三嗪前驱体分别溶解于溶剂中，在搅拌下混合后发生超分子自组装得到沉淀，分离、洗涤、烘干后得到固体产物；步骤S2.将所述固体产物与低熔点无机盐混合后，采用熔盐热缩聚法在高温下煅烧，所得固体洗涤，通过分离去除无机盐，干燥后得到具有高结晶性的氮化碳固体产物；步骤S3.将上述固体产物置于目标温度的敞口管式炉中热处理，并在热处理一定时间后将产物快速冷却，得到表面富含缺陷的高结晶氮化碳材料。
[0006]优选的，步骤S1中，所述三嗪前驱体为三聚氰胺、三聚氰酸、三聚硫氰酸和三聚氯
氰中的两种；所述两种三嗪前驱体之间的物质的量之比为（0.1~10）：1。
[0007]优选的，步骤S1中，所述三嗪前驱体的溶剂为水、甲醇、乙醇、氯仿、丙酮、二甲基亚砜和N
‑
N二甲基甲酰胺中的一种或多种。
[0008]优选的，步骤S1中，所述在搅拌下混合后发生超分子自组装得到沉淀，自组装反应温度为10~60 ℃，反应时间为0.5~12 h。
[0009]优选的，步骤S2中，所述低熔点无机盐为氯化钠、氯化铝、氯化锌、氯化钾、氯化锂、氯化钡、氯化钙、硫酸锂和硫酸钾中的两种或多种；所述固体产物和低熔点无机盐的质量比为（0.1~10）：1。
[0010]优选的，步骤S2中，所述采用熔盐热缩聚法在高温下煅烧，煅烧温度为400~650℃，时间为1~24 h。
[0011]优选的，步骤S1和步骤S2中，洗涤所用的洗涤剂为水、乙醇、氯仿、二甲基亚砜和N,N
‑
二甲基甲酰胺中的一种或两种；所述烘干的温度为40~120℃，保温时间为5~48 h。
[0012]优选的，步骤S3中，所述热处理的温度为400~750
°
C，热处理时间为1~30 min，热处理的气氛为空气。
[0013]本专利技术还提供了上述方案所述制备方法制备得到的新型氮化碳材料。
[0014]本专利技术还提供了上述方案所述新型氮化碳材料作为光催化剂在光催化产氢中的应用。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术采用熔盐热缩聚耦合快速热处理法可灵活调控氮化碳的结晶性和缺陷，得到体相高结晶且表面含有缺陷的氮化碳材料，方法简单，条件温和，无需高压和特殊设备，操作简单易行，效率高。
[0016]（2）通过本专利技术制备方法制备的氮化碳，由于氮化碳的体相具有高结晶性且表面富含缺陷，这种结构有利于光生电子
‑
空穴对的快速分离和传导，因此具有优异的光催化产氢性能。
[0017]（3）将按照本专利技术制备方法制备的氮化碳材料应用于可见光下的光催化产氢，光照5 h后，体相高结晶表面缺陷结构的氮化碳产氢量约为普通热缩聚法氮化碳的3倍。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例1制得氮化碳材料的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例2制得氮化碳材料的XRD图；图3为本专利技术实施例2制得氮化碳材料的FTIR图；图4为本专利技术实施例1~3制得氮化碳材料应用于光催化产氢的活性对比图。
具体实施方式
[0019]为了使本
的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0020]在以下实施例中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
[0021]本专利技术提供了一种兼具体相高结晶和表面缺陷结构的氮化碳的制备方法，包括以下步骤：步骤S1.将两种三嗪前驱体分别溶解于溶剂中，在搅拌下混合后发生超分子自组装得到沉淀，分离、洗涤、烘干后得到固体产物。
[0022]所述三嗪前驱体优选为三聚氰胺、三聚氰酸、三聚硫氰酸和三聚氯氰中的两种，所述两种三嗪前驱体之间的物质的量之比优选为（0.1~10）：1，更优选为（1~8）：1，最优选为1：1。
[0023]所述三嗪前驱体的溶剂独立地优选为水、甲醇、乙醇、氯仿、丙酮、二甲基亚砜和N
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N二甲基甲酰胺中的一种或多种，更优选为二甲基亚砜。本实施例中对所述溶剂的用量没有特殊要求，能够将三嗪前驱体全部溶解即可。
[0024]所述搅拌下的自组装反应温度优选为10~60 ℃，更优选为20~40 ℃，反应时间为0.5~12 h，更优选为1~6 h。
[0025]自组装反应后，对自组装反应产物体系进行分离。本实施例对所述分离的方式没有特殊要求，采用本领域熟知的分离方式即可，具体的可以为抽滤。分离后，还包括对分离后所得固体进行洗涤和干燥，得到固体产物（超分子聚合物）。所述洗涤所用洗涤剂优选为水、乙醇、氯仿、二甲基亚砜和N,N
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二甲基甲酰胺中的一种或两种；所述烘干的温度优选为40~120℃，保温时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具体相高结晶和表面缺陷结构的氮化碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1.将两种三嗪前驱体分别溶解于溶剂中，在搅拌下混合后发生超分子自组装得到沉淀，分离、洗涤、烘干后得到固体产物；步骤S2.将所述固体产物与低熔点无机盐混合后，采用熔盐热缩聚法在高温下煅烧，所得固体洗涤，通过分离去除无机盐，干燥后得到具有高结晶性的氮化碳固体产物；步骤S3.将上述固体产物置于目标温度的敞口管式炉中热处理，并在热处理一定时间后将产物快速冷却，得到表面富含缺陷的高结晶氮化碳材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述三嗪前驱体为三聚氰胺、三聚氰酸、三聚硫氰酸和三聚氯氰中的两种；所述两种三嗪前驱体之间的物质的量之比为（0.1~10）：1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述三嗪前驱体的溶剂为水、甲醇、乙醇、氯仿、丙酮、二甲基亚砜和N
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N二甲基甲酰胺中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述在搅拌下混合后发生超分子自组装得到沉淀，自组装反应温度为10~60 ℃，反应时间为0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫，曹忆勋，曾超，贾玉帅，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：