一种核壳型氮化碳材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种核壳型氮化碳材料及其制备方法。将三聚氰酸和三聚氰胺的二甲基亚砜溶液混合震荡获得乳状三聚氰酸‑三聚氰胺超分子溶液，进一步通过连续溶剂的处理方法，设计并制备不同形貌的三聚氰酸‑三聚氰胺超分子。再将干燥后的超分子前躯体在氮气保护情况下进行煅烧，获得不同结构和性能的氮化碳异质结。本发明专利技术通过超分子预组装、连续溶剂处理和高温煅烧的方法共同制备了核壳型氮化碳异质结，应用本发明专利技术制备的核壳型氮化碳异质结作为光催化材料具有较好的应用前景和经济效益。

Core shell type carbon nitride material and preparation method thereof

The invention discloses a core shell type carbon nitride material and a preparation method thereof. The cyanuric acid and melamine two mixture of methyl sulfoxide solution obtained melamine cyanuric acid emulsion shock supramolecular solution, through further processing method of continuous solvent, design and preparation of supramolecular melamine cyanuric acid with different morphologies. The dry supramolecular precursor was calcined under nitrogen protection to obtain carbon nitride heterostructures with different structures and properties. For the common core-shell carbon nitride heterojunction fabricated by supramolecular assembly, the invention pre method for continuous solvent treatment and calcination, application of core-shell type carbon nitride heterostructures prepared by the invention as a photocatalytic material has good application prospect and economic benefit.

【技术实现步骤摘要】
一种核壳型氮化碳材料及其制备方法
本专利技术涉及一种氮化碳材料及其制备方法，特别是一种核壳型氮化碳及其制备方法，属于纳米材料制备领域。
技术介绍
超分子自组装是由小分子通过非共价键作用结合的分子复合物，典型的非共价键如静电作用、范德华力、氢键等等，目前已被广泛应用于有机晶体、聚合物和其他化合物的设计领域。其中，三聚氰胺拥有多重氢键位点，成为构成超分子聚合物的重要单体，尤其是和三聚氰酸的组装，获得的三聚氰酸-三聚氰胺（CM）超分子又可以根据反应条件的不同形成不同结构。传统的g-C3N4主要是通过三聚氰胺、双氰胺、尿素等单体的煅烧制得，但这类g-C3N4存在比表面积较小、在溶液中难以分散等缺陷。众所周知，催化剂的尺寸、形貌、分散能力、光吸收和电荷分离等因素都会影响其光催化活性，而传统方法制备的g-C3N4往往难以具备以上优点。为了调控g-C3N4的形貌，从而提高其光催化活性，模板法最早被引入到g-C3N4的制备当中。模板法又包括硬模板和软模版法，制得的g-C3N4通常为多孔材料、结构有序，光催化性能明显提高，但其制备过程复杂，强酸的使用与绿色化学的概念相悖，不适合生产实践。最近，Antonietti和Thomas组都报道了CM作为前驱体，应用于氮化碳的制备。在热力学和动力学的共同作用下，溶剂在超分子自组装过程中扮演了重要角色，决定了CM前驱体的形状、尺寸、作用力强度等特性[ShalomM,InalS,FettkenhauerC,NeherD,AntoniettiM.Improvingcarbonnitridephotocatalysisbysupramolecularpreorganizationofmonomers.JournaloftheAmericanChemicalSociety,2013,135:7118~7121;LiaoY,ZhuS,MaJ,SunZ,YinC,ZhuC,LouX,ZhangD.Tailoringthemorphologyofg-C3N4byself-assemblytowardshighphotocatalyticperformance[J].ChemCatChem,2014,6:3419~3425]。但其前驱体在高温煅烧的过程中却发生了不同程度的塌陷，使得原有结构难以保持，制得的氮化碳仍为无序结构，影响了光催化性能的提高。因此，核壳型高度有序的氮化碳异质结还没有被报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种核壳型氮化碳异质结及其制备方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种氮化碳材料，所述核壳型氮化碳为异质结构。上述核壳型氮化碳异质结采用以下步骤制备而得：第一步，将三聚氰酸的二甲基亚砜溶液和三聚氰胺的二甲基亚砜溶液混合，形成白色乳状液体；第二步，将第一步所得的白色乳状液体振荡，离心，去除溶剂二甲基亚砜后得到白色沉淀；第三步，向白色沉淀中加入极性溶剂，继续振荡，再离心去除多余溶剂；第四步，将第三步所得固体干燥后获得粉末，继续在氮气气氛下，550±10℃热处理4.0-5.0小时，制得核壳型氮化碳异质结。进一步的，第一步中，所述的三聚氰酸和三聚氰胺的摩尔比为1:1，二者的二甲基亚砜溶液的浓度均为0.025-0.25mol/L。进一步的，第二步中，振荡频率为300-550rpm，振荡时间为30-60min；离心速率为300-600rpm。进一步的，第三步中，极性溶剂采用甲醇、乙醇或丙酮；极性溶剂的体积与第一步中采用的二甲基亚砜的总体积相同。进一步的，第三步中，振荡频率为300-550rpm，离心速率为300-600rpm，振荡时间为1-120h。本专利技术与现有技术相比，其优点在于：（1）制备过程中，采用超分子自组装的方法制备前躯体，制备方法更为简单、有益于前躯体的设计；（2）制备过程中，通过溶剂在超分子聚合过程中的作用，可以有效设计不同结构和性能的聚合物；（3）采用超分子聚合物为软模板，有效避免了传统硬模板制备氮化碳过程中强酸的使用，更为绿色环保；（4）制得的核壳型氮化碳，由内外结构不同的氮化碳构成，有利于光催化过程中光生电子和空穴的分离，进而提高其光催化效率；（5）连续溶剂法还可以扩展到其他超分子聚合物的设计和制备。附图说明图1是三聚氰酸-三聚氰胺超分子（CM）的制备方法示意图。图2是本专利技术实例1所制备的三聚氰酸-三聚氰胺超分子在低倍数和高倍数下的场发射扫描电镜：(a,b)第二溶剂为甲醇；(c,d)第二溶剂为乙醇；(e,f)第二溶剂为丙酮。图3是本专利技术实例2所制备的三聚氰酸-三聚氰胺超分子在低倍数和高倍数下的场发射扫描电镜：(a,b)第二溶剂为甲醇；(c,d)第二溶剂为乙醇；(e,f)第二溶剂为丙酮。图4是本专利技术实例2所制备的氮化碳在低倍数和高倍数下的场发射扫描电镜：(a,b)第二溶剂为甲醇（CN-DM）；(c,d)第二溶剂为乙醇（CN-DE）；(e,f)第二溶剂为丙酮（CN-DA）。图5是本专利技术实例2所制备的氮化碳（CN-DM，CN-DE，CN-DA）、单一溶剂中制得的氮化碳（CN-D，DMSO中制得）和传统氮化碳（Bulk，由三聚氰胺直接煅烧制得）的产氢性能研究。图6是本专利技术实例3所制备的三聚氰酸-三聚氰胺超分子在低倍数和高倍数下的场发射扫描电镜：(a,b)第二溶剂为甲醇；(c,d)第二溶剂为乙醇；(e,f)第二溶剂为丙酮。具体实施方式本专利技术的核壳型氮化碳通过以下步骤制备：第一步，将三聚氰酸和三聚氰胺分别溶于二甲基亚砜溶液中；第二步，将三聚氰酸和三聚氰胺的二甲基亚砜溶液混合，迅速形成白色乳状液体；第三步，将第二步所得的白色乳状液体振荡；第四步，将第三步的反应体系离心，去除二甲基亚砜溶液；第五步，向第四步的白色沉淀中加入极性溶剂，继续振荡；第六步，将第五步的反应体系离心，去除多余溶剂；第七步，将第六步的得到的固体干燥后获得的粉末在氮气气氛下，550℃热处理4.5小时，制得核壳型氮化碳。实施实例1：第一步：将500mg三聚氰胺和500mg三聚氰酸分别溶解在20mL和20mL的二甲基亚砜溶液中，超声分散10-20min；第二步，将上述溶液迅速混合，获得白色乳状混合溶液；第三步，将第二步所得的白色乳状液体振荡1h；第四步，将第三步的反应体系离心，去除二甲基亚砜溶液；第五步，向第四步的白色沉淀中加入与二甲基亚砜等体积的第二溶剂（甲醇、乙醇、丙酮）溶液，继续振荡5h；第六步，将第五步的反应体系离心去除乙醇溶液，烘干获得三聚氰酸-三聚氰胺超分子。本专利技术所制备的三聚氰酸-三聚氰胺超分子的制备方法示意图如图1。图2是所制备的三聚氰酸-三聚氰胺超分子在低倍数和高倍数下的场发射扫描电镜：(a,b)第二溶剂为甲醇；(c,d)第二溶剂为乙醇；(e,f)第二溶剂为丙酮。实施实例2：第一步：将500mg三聚氰胺和500mg三聚氰酸分别溶解在20mL和20mL的二甲基亚砜溶液中，超声分散10-20min；第二步，将上述溶液迅速混合，获得白色乳状混合溶液；第三步，将第二步所得的白色乳状液体振荡1h；第四步，将第三步的反应体系离心，去除二甲基亚砜溶液；第五步，向第四步的白色沉淀中加入与二甲基亚砜等体积的第二溶剂（甲醇、乙醇、丙酮）溶液，继续振荡20h；第六步，将第五步的反应体系离心去除乙醇溶液，烘干获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化碳材料，其特征在于，所述氮化碳为核壳型结构的异质结。

【技术特征摘要】
1.一种氮化碳材料，其特征在于，所述氮化碳为核壳型结构的异质结。2.根据权利要求1所述的氮化碳材料，其特征在于，由以下步骤制备：第一步，将三聚氰酸的二甲基亚砜溶液和三聚氰胺的二甲基亚砜溶液混合，形成白色乳状液体；第二步，将第一步所得的白色乳状液体振荡，离心，去除溶剂二甲基亚砜后得到白色沉淀；第三步，向白色沉淀中加入极性溶剂，继续振荡，再离心去除多余溶剂；第四步，将第三步所得固体干燥后获得粉末，继续在氮气气氛下，550±10℃热处理4.0-5.0小时，制得核壳型氮化碳异质结。3.根据权利要求2所述的氮化碳材料，其特征在于，第一步中，所述的三聚氰酸和三聚氰胺的摩尔比为1:1，二者的二甲基亚砜溶液的浓度均为0.025-0.25mol/L。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：付永胜，孙敬文，汪信，朱俊武，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32