本发明专利技术涉及无机材料领域，具体涉及一种高比表面的介孔石墨相氮化碳材料及其制备方法。该石墨相氮化碳材料孔径为5~28nm，比表面积为120~220m2/g，孔体积为0.4~0.7cm3/g，形态为黄色粉末。其制备方法为：将盐酸胍溶液分散于纳米SiO2小球或介孔氧化硅材料上，经搅拌，干燥，惰性气氛下焙烧，再除去模板等步骤得到介孔石墨相氮化碳材料。本发明专利技术所用原料盐酸胍价廉，安全；制备方法简单，所得产品比表面高；而且调节模板剂的用量即可以实现对介孔石墨相氮化碳材料比表面和孔体积的调节。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无机材料领域，具体涉及一种高比表面的介孔石墨相氮化碳材料及其制备方法。
技术介绍
石墨相氮化碳(g_C3N4)是一种以三均三嗪或三嗪为母体结构,通过N原子桥联,最终以类石墨形式多层堆积而构成的含碳共价化合物。g_C3N4禁带宽度仅为2. 7eV，是一种性能较佳的半导体材料；另一方面，g-C3N4母体结构中高度共轭的N孤对电子能活化苯等芳烃分子，同时类石墨层边缘的丰富胺基使其具有良好的碱性质。因此，g_C3N4在光催化、多相催化、燃料电池、CO2吸附等领域凸显出潜在的应用前景，被科研工作者视为可替代传统碳质材料的新型多功能材料。 g-C3N4材料在诸多领域的应用性能与其比表面和孔结构有着重要关联。通常而言，比表面越高，g-C3N4的应用潜力越高。相比普通的低表面(<10m2/g) g_C3N4，介孔g-C3N4材料具有高比表面(>100m2/g)和孔体积(>0. 5cm3/g),同时2 50nm的介孔结构有利于反应中的传质扩散。鉴于此，如何提高g_C3N4的比表面和孔体积，并实现两织构参数的可控成为了制约g_C3N4高效利用的关键。目前，合成介孔g_C3N4材料主要有三大类方法。第一类为专利200610098746.6和日本 Ajayan Vinu 等人(Adv. Funct.Mater.，2008，18，816-827 ;Chem.Mater.，2007，19，4367-4372 ；Angew. Chem. Int. Ed. Engl.，2009，48，7884-7887.)所报道的四氯化碳和乙二胺的缩聚法。该方法采用介孔SiO2材料为硬模板，以四氯化碳和乙二胺分别作为碳源和氮源，通过预缩合(3 15h)，高温缩聚，除SiO2模板制得介孔g-C3N4材料。此法所用的前驱体，即四氯化碳和乙二胺毒性较大且最终产物含氮量很低(氮碳摩尔比例低于0.4)-远低于理论g_C3N4材料的含氮量(I. 3)。第二类方法为德国Markus Antonietti(Adv. Mater. , 2005, 17, 1789-1792 ；Angew. Chem. Int. Ed. Engl. , 2006, 45, 4467-4471 ；NewJ. Chem.，2007, 31，1455-1460)等人报道的氰胺缩聚法。该方法以氰胺为前驱体，SiO2纳米小球为硬模板，通过高温缩聚，除模板制得高比表面的介孔g_C3N4材料。尽管此法工艺流程较第一种制备方法方便，但是所用原料氰胺高毒，熔点低Γ42 )，易燃易爆，存在严重的安全隐患。第三类方法为专利201010569050. 3和谢毅等人(Chem. Commun.，2004, 26 27)报道的benzene-thermal (苯热)合成法。该方法的原料为叠氮钠(NaN3)或氨基钠(NaNH2)和2，4，6-三氯三嗪(又称三聚氰氯，C3N3Cl3),其中叠氮化钠和氨基钠化学性质活泼，易燃易爆。因此，这些方法都存在不同程度的弊端，目前迫切需要以价廉、安全的化学试剂为原料，合成高比表面并且比表面和孔体积可调的介孔石墨相氮化碳材料应用于工业生产中，但是目前尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对目前制备介孔石墨相氮化碳材料时存在的原料剧毒，易燃易爆且产物比表面积不大、表面积和孔体积不易调控等缺点，为了解决上述问题，本专利技术提供一种以价廉、安全的化学试剂为原料，得到比表面积大而且比表面和孔体积均可调控的介孔g_C3N4材料及其制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是—种高比表面介孔石墨相氮化碳材料的制备方法，该方法是按照如下步骤进行的(I)将I质量份的盐酸胍溶解于O. 5^3质量份的水中，得到盐酸胍水溶液；(2)将步骤(I)得到的盐酸胍水溶液以Hs每滴的速率逐滴滴于O. 25^2. 5质量份的硬模板上，并搅拌3h，形成白色糊状固体；(3)将步骤(2)得到的白色糊状固体置于8(T10(TC的烘箱中干燥4 8h，得到白色粉末； (4)将步骤(3)得到的白色粉末置于氮气或氩气气氛的管式炉中焙烧，程序升温条件为从室温以3°C /min升温速率升至45(T550°C，然后在此温度下保持2 4h，降温后得到黄色粉末；(5)将步骤(4)得到的黄色粉末分散于HF (溶质为:Γ5质量份)或NH4HF2 (溶质为6 10质量份)的水溶液中，搅拌f 2天除去黄色粉末中的SiO2得到混合物；(反应方程式为Si02+4HF — SiF4+2H20 或 Si02+3NH4HF2 — (NH4) 2SiF6+NH40H+H20)(6)将步骤(5)所得的混合物过滤或离心，得到黄色固体；(7)将步骤(6)得到黄色固体用5(Γ100质量份的水洗涤3次，再用25 50质量份乙醇洗涤2次，最后在100°C的烘箱中干燥3h，即得到所述的介孔石墨相氮化碳材料。作为对本专利技术的优选，步骤(2)中所述的硬模板为SiO2纳米小球或介孔氧化硅材料，其中最优选SiO2纳米小球，该SiO2纳米小球的粒径为15 30nm。作为对本专利技术的优选，所述的介孔氧化硅材料为SBA-15或MCF。采用上述方法制备的介孔石墨相氮化碳材料孔径为5 28nm，比表面积为12(T220m2/g，形态为黄色粉末，孔体积为O. 4^0. 7cm3/g,该材料的比表面积和孔体积可以根据模板剂用量进行调节。本专利技术与现有制备介孔g_C3N4的技术相比具有以下优点(I)所用原料盐酸胍价廉(市售约200元/500g)，无毒安全；(2)广品比表面闻于120m2/g，最闻可达220m2/g ;(3)调节模板剂SiO2的量可以实现对g_C3N4的比表面和孔体积调控。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图I为实施例I得到产品的X射线衍射图(XRD);图中在2 0=27.4°处出现一个很强的衍射峰，归属类石墨结构材料的层内堆积(interlayer stacking)。此外，在2Θ =12. V附近同样也存在一个较弱的衍射峰,归属类石墨材料的层间堆积(intralayerstacking)。根据Bragg方程计算可得知d(QQ2)=0· 326nm,该数值与相关文献(Adv.Mater.，2005，17，1789-1792 ；New J. Chem.，2007，31，1455-1460)报道的石墨相氮化碳材料结果相吻合。上述结果证实利用盐酸胍为前驱体，纳米SiO2小球为模板剂可以制得石墨相氮化碳材料。图2为实施例2得到产品的傅里叶红外透射谱图(FT-IR);其中，750150^^1谱带的为三嗪环结构的呼吸模式12001600(^-1处的峰表明所制得的材料具有典型的芳香型CN杂环结构2165(^1归属于-C = N的振动3250(^1附近内较宽的谱带为胺类或样品吸附的水分子。结合以上红外数据，以盐酸胍为前驱体通过缩聚制得的g_C3N4材料其官能团主要为三氮杂环和胺。这一结果与以氰胺制得的石墨相氮化碳的报道(Adv.Mater.，2005，17，1789-1792 ；Angew. Chem. Int. Ed. Engl.，2006，45，4467-4471)相似。图3为实施例3所得产品的N2吸脱附曲线图，内插图为相对应本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高比表面介孔石墨相氮化碳材料，其特征在于该材料孔径为5~28nm，比表面积为120~220m2/g，孔体积为0.4~0.7cm3/g，形态为黄色粉末，该材料的比表面积和孔体积可以根据模板剂用量进行调节。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李永昕，王翔，许杰，薛冰，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：
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