本发明专利技术提供了一种具有中空空腔纳米结构的球形介孔C3N4材料及其制备方法，将纳米实心SiO2小球经过改性，得到外层介孔SiO2包覆的实心SiO2材料，再通过加入碱，选择性刻蚀掉内层的实心SiO2，得到纳米中空介孔SiO2，将纳米中空介孔SiO2于含氮前驱物的水溶液中充分浸渍，离心干燥后，在保护气体中高温焙烧，然后用氢氟酸溶解SiO2得到球形中空介孔纳米C3N4。所制备的产品具有300～800m2/g的比表面积、可以负载其他材料的空腔、易于传质，因此得到更广泛的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料合成
，特别涉及一种球形介孔C3N4材料及其制备方法。
技术介绍
氮化碳是(C3N4)—种根据理论计算并人工合成的无机化合物。1989年，Cohen和Liu依据已知的β -Si3N4的结构设计出β -C3N4,经计算β — C3N4的弹性模量约为410Gpa,与金刚石的弹性模量接近。1996年，Teter和Hemley对C3N4重新进行了计算，推测C3N4可能具有5种结构，S卩α相、β相、立方相、准立方相和类石墨相。在室温条件下，类石墨结构氮化碳(g-C3N4)最稳定。g_C3N4具有类似石墨的层状结构,层间含有C3N3环或C6N7环，环之间通过末端的N原子相连而形成一层无限扩展的平面。近年来，g-C3N4由于其特殊的半导体特性，以及高水热稳定性和无毒，易制备等特点，被作为新型的非金属催化剂应用于催化反应中。例如，(I)有机反应，可直接作为偶联反应、傅-克反应、Knoenenagel缩合反应、烯烃和饱和烃环烧烃氧化反应、醇氧化反应、CO2活化反应的催化剂，也可用作选择性加氢等反应催化剂的载体；(2)光降解有机污染物和光解水制氢。g_C3N4的光谱带宽2. 7eV，在可见光区有吸收，远远高于水的理论分解值。(3)电催化反应。g_C3N4上含有大量的吡啶氮被证明对燃料电池的阴极反应——氧还原反应(ORR)具有很强的电催化作用。目前用作上述催化剂的g_C3N4材料主要为膜、体相或大孔、介孔材料，但这些材料存在比表面积过低，只有3(Tl00m2/g，或不利于传质、或孔隙度差等缺陷，限制了其催化性能。纳米球形中空材料因为具有大的比表面积、可以负载其他材料的空腔、易于传质等优点，则可以解决上述材料的缺陷。目前合成g_C3N4的方法主要有熔融法、软模板法，尽管纳米球状实心g_C3N4可以通过熔融法制备，但很难借鉴到纳米球形中空g_C3N4的制备；软模板法主要是以表面活性剂为模板剂，和含氮前驱物经水热反应可以制备具有介孔结构的体相材料，但很难直接得到纳米球形中空g-C3N4 ；
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中的g_C3N4材料，存在比表面积小、孔隙度差的缺陷，限制了其催化性能，为解决这一技术问题，本专利技术提出以球形中空介孔纳米SiO2为硬模板剂制备纳米球形中空g_C3N4，本专利技术采用的技术方案是本专利技术提供了一种具有中空空腔纳米结构的球形介孔C3N4材料，该球形介孔C3N4材料中，纳米粒子的大小为10(Γ200纳米，中空空腔的直径为2(Tl00nm，介孔孔道的孔径为2 IOnm,比表面积为300 800m2/g。本专利技术还提供了一种上述球形介孔C3N4材料的制备方法，具体步骤为(I)将2 IOmL硅源溶解于5(Tl00mL乙醇和5 20mL水的混合溶剂中，搅拌滴加f IOmL饱和浓氨水，继续搅拌I飞h，过滤，干燥，得到中间产物A ;作为优选硅源选自纯的正硅酸四乙酯TE0S、0. Γο. 5mol/L的硅溶胶或O.ΓΟ. 5mol/L的硅酸钠的水溶液；(2)将O. 5g步骤(I)中得到的中间产物A分散于50 150mL水中，加入含O. 2 Ig阳离子表面活性剂、10(T300mL乙醇、10(T300mL7jC，广IOmL饱和浓氨水的混合液，搅拌30min，滴加O. 5^5mL硅源，继续搅拌3 9h后，过滤，干燥，得到中间产物B ；作为优选阳离子表面活性剂是指十六烷基三甲基溴化铵CTAB或十六烷基三甲基氯化铵CTAC，本步骤将纳米实心SiO2小球(中间产物A)经过改性，得到外层介孔SiO2包覆的纳米实心SiO2材料(中间产物B)；(3)将O.1 Ig碱溶于IOOmL水中，并加入步骤(2)得到的产物B，2(T50°C搅拌6h，过滤，干燥，然后在空气中焙烧除去产物中的表面活性剂，得到中间产物C ； 作为优选碱选自NaHCO3, Na2CO3 或 NaOH，本步骤通过加入碱，选择性刻蚀掉内层的实心SiO2，得到纳米中空介孔SiO2 (中间产物C)；(4)取Ig步骤(3)得到的中间产物C，加入到浓度为O. 1-0. 5g/mL的含氮前驱物水溶液IOmL充分浸溃，离心干燥后，将产物在温度50(T80(TC下，氮气或氩气氛中焙烧，然后用饱和氢氟酸溶解SiO2得到球形中空介孔纳米C3N4,作为优选含氮前驱物选自单氰胺、双氰胺或三聚氰胺。本专利技术的有益效果是本专利技术先将纳米实心SiO2小球通过改性制成纳米中空介孔SiO2，再加入含氮前驱物热缩合，制备出具有中空介孔纳米结构的球形C3N4，制备过程简单，不需要加四氯化碳等有机溶剂，不会造成环境污染。所制备的产品具有30(T800m2/g的比表面积、可以作为负载其他材料的空腔、易于传质，因此得到更广泛的应用。附图说明图1 :本专利技术制备的球形中空介孔纳米C3N4的TEM照片。具体实施例方式实施例(一)IOmL纯TEOS加入到IOOmL乙醇和20mL水的混合溶液中，然后加入饱和浓氨水IOmL,混合物在室温下快速搅拌，得到白色SiO2胶体悬浮液，离心，水和乙醇洗涤，干燥，得到平均粒径为80nm的实心SiO2小球，即中间产物A。取上述平均粒径为80nm实心SiO2小球O. 5g，加水150mL，超声15min，然后加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)1. Og,水300mL，乙醇300mL，饱和浓氨水10mL，搅拌半小时，然后加入纯的TE0S5mL，继续搅拌6h，产品离心得到中间产物B ;再将产物B分散于IOOmL水溶液中，在50°C，剧烈搅拌下，加入IgNa2CO3，搅拌IOh后，离心收集产品，80°C下干燥，然后置于马弗炉，空气氛中，550°C焙烧5h，得到中间产物C。取IOmL含单氰胺5g的水溶液，浸溃上述的中间产物C过夜，离心，弃上层清夜，80°C干燥，然后置于管式炉，N2氛中，600°C焙烧5h，冷却至室温，产品用2M HF洗涤，离心干燥，得到球形中空介孔氮化碳，经XRD鉴定，产品为球形纳米中空介孔C3N4 ;通过TEM技术，得到球形纳米中空介孔C3N4中，介孔孔道的平均孔径为5nm，平均中空空腔直径为80nm，，平均比表面积为532m2/g。实施例(二)2mL纯的TEOS加入到50mL乙醇和5mL水的混合溶液中，然后加入饱和浓氨水ImL,混合物在室温下快速搅拌，得到白色SiO2胶体悬浮液，离心，水和乙醇洗涤，干燥，得到平均粒径为40nm的实心SiO2小球，即中间产物A。取上述40nm实心SiO2小球O. 5g，加水50mL，超声15min，然后加入十六烷基三甲基氯化铵(CTAB)O. 2g,水IOOmL,乙醇IOOmL,饱和浓氨水ImL,搅拌半小时,然后加入O. 5mol/L的硅酸钠溶液O. 5mL，继续搅拌6h，产品离心得到中间产物B ;再将产物B分散于IOOmL水溶液中，在20°C，剧烈搅拌下，加入O.1gNaHCO3，搅拌IOh后，离心收集产品，80°C下干燥，然后置于马弗炉，空气氛中，550°C焙烧5h，得到中间产物C。 取IOmL含双氰胺Ig的水溶液，浸溃上述的中间产物C过夜，离心，弃上层清夜，80°C干燥，然后置于管式炉，Ar气氛中，600°C焙烧5h，冷却至室温，产品用2M HF，80°C洗漆，离心干燥，得到球形中空介孔氮化碳，经X本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种球形介孔C3N4材料，其特征在于：所述的球形介孔C3N4材料具有中空空腔纳米结构。
【技术特征摘要】
1.一种球形介孔C3N4材料，其特征在于所述的球形介孔C3N4材料具有中空空腔纳米结构。2.如权利要求1所述的球形介孔C3N4材料，其特征在于所述的球形介孔C3N4材料中，纳米粒子的大小为IOOlOO纳米，中空空腔的直径为2(Tl00nm，介孔孔道的孔径为2 10nm，比表面积为30(T800m2/g。3.如权利要求1至2任一项所述的球形介孔C3N4材料的制备方法，其特征在于 (1 )2 IOmL硅源溶解于5(Tl00mL乙醇和5 20mL水的混合溶剂中，搅拌滴加f IOmL饱和浓氨水，继续搅拌f5h，过滤，干燥，得到中间产物A ; (2)将0.5g步骤(I)中得到的中间产物A超声分散于50 150mL水中，加入含0. 2 Ig阳离子表面活性剂、IOOlOOmL乙醇、IOOlOOmL水，f IOmL氨水的混合液，搅拌30min，滴加0. 5^5mL硅源，继续搅拌3 9h后，过滤，干燥，得到中间产物B ； (3)将0.rig碱溶于IOOmL水中，并加入步骤(2)得到的产物B，20 5(TC搅拌6h，过滤，干...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦勇，储富强，陶永新，孔泳，黎珊，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：
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