一种共聚合和热诱导相结合的新型氮化碳基材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种共聚合和热诱导相结合的新型氮化碳材料的制备方法，包括以下步骤；以含氮化合物为前体，按照不同质量比引入有机小分子共聚单体与之共聚合，随后在不同温度下热诱导，制备出g

【技术实现步骤摘要】
一种共聚合和热诱导相结合的新型氮化碳基材料的制备方法


[0001]本专利技术属于氮化碳材料制备及能源短缺补给、环境污染治理
，具体涉及一种共聚合和热诱导相结合的新型氮化碳材料的制备方法。

技术介绍

[0002]石墨相氮化碳(g
‑
C3N4)是一种聚合物半导体材料(带隙宽度约为2.7eV)，其原料来源广泛、成本低，并且具有良好的物理化学稳定性和可见光响应，在光催化应用中具有良好的应用前景。然而，g
‑
C3N4聚合物的光催化活性并不高，一是由于其分子结构不利于电荷传输而存在光生电子
‑
空穴对复合严重的问题；二是因其禁带宽度较大而对可见光的利用不充分。因此，研发一种具有低复合率、高吸光性、高催化活性的新型g
‑
C3N4材料对光催化应用研究具有重要意义。
[0003]功能化和结构调控是提高g
‑
C3N4光催化性能的主要调控方法。共聚合和热诱导分别作为功能化和结构调控的一种，因能扩展π共轭体系和增加活性位点而受到广泛关注，其中通过热诱导可以得到纳米片结构。纳米片具有大的比表面积，富含较多的活性位点，因而有利于光催化性能的提高。共聚合通过使用一种与结构匹配的芳香基团或其它有机分子修饰g
‑
C3N4分子结构，可以增加g
‑
C3N4的π电子离域性，最终提升光响应范围和电子传输能力。

技术实现思路

[0004]为了克服以上技术问题以及充分利用调控方法，本专利技术的目的在于提供一种共聚合和热诱导相结合的新型g
‑
C3N4材料的制备方法，该制备方法简单易行、使用设备便宜简便，有利于推广；所制备的样品能有效应用于能源再生和污染治理等方面，满足能源短缺补给和环境质量改善的实际需求。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种共聚合和热诱导相结合的新型g
‑
C3N4材料的制备方法，包括以下步骤；
[0007]以含氮化合物为前体，按照不同质量比引入有机小分子共聚单体与之共聚合，随后在不同温度下热诱导，制备出新型g
‑
C3N4材料。
[0008]所述的含氮化合物前体是三聚氰胺，双氰胺，单氰胺，尿素，硫脲，硫氰酸胍等中的一种。
[0009]所述的有机小分子共聚单体是缺电子的5
‑
氰基嘧啶，4
‑
氨基
‑5‑
氰基嘧啶，2
‑
氨基
‑
3氰基吡啶，富电子的2
‑
氨基噻吩
‑3‑
甲腈；苯环衍生物：二氨基苯甲腈、邻氨基苯甲腈；以及二氨基顺丁烯二腈，巴比妥酸，2,4,6
‑
三甲基
‑
1,3,5
‑
三嗪等中的一种。
[0010]所述共聚合的方法为：将含氮化合物前体与有机小分子共聚单体以不同质量比均匀混合，在60℃
‑
120℃油浴或者水浴中蒸干，研磨，得到粉末样品，随后在不同温度下进行热诱导。
[0011]所述的不同质量比范围为3:0.005
‑
3:0.3。
[0012]所述热诱导的制备温度为500℃
‑
700℃，煅烧时间为2
‑
4h，升温速率为2
‑
10℃/
min。
[0013]所述g
‑
C3N4材料为片状，具有良好的光吸收性能、大的比表面积以及合适的带隙。
[0014]所述g
‑
C3N4材料作为催化剂在光照射条件下应用于光催化分解水体系，光催化还原CO2体系，光催化降解染料污染物体系、光催化降解抗生素污染物体系等。
[0015]所述光催化分解水体系中，每立方米水需要的g
‑
C3N4材料的用量为10
‑
1000g，光催化分解水产物是H2和O2的一种或二者皆有，所述光催化分解水体系的反应温度为10
‑
50℃。
[0016]所述光催化还原CO2体系中，每立方米CO2需要的g
‑
C3N4材料的用量为10
‑
1000g，所述的CO2还原产物为CO、CH4、H2、甲醇等中的一种或多种，所述的光催化还原CO2体系的反应温度为10
‑
50℃。
[0017]所述光催化降解染料污染物体系中，每立方米污染物需要的g
‑
C3N4材料用量为10
‑
1000g，所述染料污染物的种类为罗丹明B(RhB)，亚甲基蓝，甲基蓝，甲基橙，刚果红中的一种或多种，所述的光催化降解染料污染物体系的反应温度为10
‑
50℃。
[0018]所述光催化降解抗生素污染物体系中，每立方米污染物需要的g
‑
C3N4材料的用量为10
‑
1000g，抗生素污染物为四环素、卡马西平、双氯芬、新诺明、磺胺地托辛、阿替洛尔、甲氧苄氨嘧啶、咖啡因、氟甲喹中的一种或多种，所述的光催化降解抗生素污染物体系的反应温度为10
‑
50℃。
[0019]所述光照的光源为氙灯、汞灯、LED灯、白光、太阳光等中的一种。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021](1)本专利技术首次将共聚合和热诱导相结合，通过共聚合改变电子传输性能，拓宽π共轭体系，增强吸光性；通过热诱导改变g
‑
C3N4的形貌结构，最终得到纳米片状的g
‑
C3N4材料。所合成的g
‑
C3N4材料比表面积大，反应活性位点多，光吸收性能好，因此具有良好的光催化性能。
[0022](2)本专利技术的g
‑
C3N4材料制备方法简单易行，原材料廉价易得，使用设备便宜简便，合成条件简单，产物产量高，因此有利于大规模推广。
[0023](3)本专利技术的g
‑
C3N4材料制备方法具有普适性，对利用不同前驱体、不同共聚单体合成g
‑
C3N4均适用，有利于大规模推广。同时反应体系简单易行，反应条件温和，反应产物绿色环保无二次污染，所制备的样品能有效应用于能源再生和污染治理等方面，满足能源短缺补给和环境质量改善的实际需求。
附图说明
[0024]图1是本专利技术g
‑
C3N4材料的FT
‑
IR图。
[0025]图2是本专利技术实施例3中光催化分解水产氢的活性图。
[0026]图3是本专利技术实施例4中光催化还原CO2的活性图。
[0027]图4是本专利技术实施例5中降解RhB的活性图。
[0028]图5是本专利技术实施例6中降解四环素的活性图。
[0029]图6是本专利技术TEM图。
[0030]图7是本专利技术BET图。
[0031]图8是本专利技术XRD图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共聚合和热诱导相结合的新型氮化碳(g
‑
C3N4)材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；以含氮化合物为前体，按照不同质量比引入有机小分子共聚单体与之共聚合，随后在不同温度下热诱导，制备出g
‑
C3N4材料。2.根据权利要求1所述的一种共聚合和热诱导相结合的g
‑
C3N4材料的制备方法，其特征在于，所述的含氮化合物前体是三聚氰胺，双氰胺，单氰胺，尿素，硫脲，硫氰酸胍等中的一种。所述的有机小分子共聚单体是缺电子的5
‑
氰基嘧啶，4
‑
氨基
‑5‑
氰基嘧啶，2
‑
氨基
‑
3氰基吡啶，富电子的2
‑
氨基噻吩
‑3‑
甲腈；苯环衍生物：二氨基苯甲腈、邻氨基苯甲腈；以及二氨基顺丁烯二腈，巴比妥酸，2,4,6
‑
三甲基
‑
1,3,5
‑
三嗪等中的一种。3.根据权利要求1所述的一种共聚合和热诱导相结合的g
‑
C3N4材料的制备方法，其特征在于，所述共聚合的方法为：将含氮化合物与有机小分子共聚单体以不同质量比均匀混合，在60
‑
120℃油浴或者水浴中蒸干，研磨，得到粉末样品，随后在不同温度下进行热诱导。4.根据权利要求1所述的一种共聚合和热诱导相结合的g
‑
C3N4材料的制备方法，其特征在于，所述的不同质量比范围为3:0.005
‑
3:0.3。5.根据权利要求1所述的一种共聚合和热诱导相结合的g
‑
C3N4材料的制备方法，其特征在于，所述的热诱导制备温度是500℃
‑
700℃，煅烧时间为2
‑
4h，升温速率为2
‑
10℃/min；所述g
‑
C3N4材料为片状，具有良好的光吸收性能、大的比表面积以及合适的带隙。6.基于权利要求1
‑
5任一项所述的一种共聚合和热...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦佳妮，赵琪，潘宝，许博翔，王传义，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：