CN104707642A - 一种g-C3N4/CuO复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种g-C3N4/CuO复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN104707642A
CN104707642A CN201510082405.9A CN201510082405A CN104707642A CN 104707642 A CN104707642 A CN 104707642A CN 201510082405 A CN201510082405 A CN 201510082405A CN 104707642 A CN104707642 A CN 104707642A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cuo
preparation
cuo composite
composite
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510082405.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104707642B (zh
Inventor
谈玲华
徐建华
杭祖圣
寇波
李世影
程倩
陈诗茜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Institute of Technology
Original Assignee
Nanjing Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Institute of Technology filed Critical Nanjing Institute of Technology
Priority to CN201510082405.9A priority Critical patent/CN104707642B/zh
Publication of CN104707642A publication Critical patent/CN104707642A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104707642B publication Critical patent/CN104707642B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

本发明公开了一种g-C3N4/CuO复合材料及其制备方法和应用，属于材料制备及含能材料领域。该复合材料是由质量比为95:5～80:20的g-C3N4和CuO复合而成，制备步骤如下：将g-C3N4和Cu(NO3)2?3H2O放入乙醇溶液中超声分散并搅拌，完成后在玛瑙研钵中研磨至糊状放入烘箱中烘干，在管式炉中煅烧即可得g-C3N4/CuO复合材料。采用本方法制备出的g-C3N4/CuO复合材料应用于高氯酸铵的催化分解，表现出良好的催化效果，可使高氯酸铵的分解温度降低至318.3℃。与现有技术相比，本发明制备工艺操作简单，重复性好，制备速度快，制备效率高。

Description

一种 g-C3N4/CuO 复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种g-C3N4/CuO复合材料的制备方法，以及将其用于催化分解高氯酸铵(AP)，属于材料制备及含能材料领域。
背景技术
g-C3N4具有类石墨型层状结构，层与层之间存在大量自由移动的电子，具有非常优异的导电性能。同时，g-C3N4具有活性中心点多、化学稳定性好、耐高温、导电性能高、环境友好等特点，在环境、能源和化工等领域都有较好的应用前景。g-C3N4不仅可作为光催化剂用于光催化裂解水制氢、降解有机污染物等方面，还可作为多相催化剂用于CO2活化反应、Knoevenagel缩合反应等方面。
为了提高g-C3N4的催化活性，可采用微观结构及形貌控制、N原子缺陷、化学掺杂改性、物理复合改性等方法。其中，g-C3N4与TiO2、WO3、ZnWO4等金属氧化物材料复合能显著提高其光催化活性。例如，Sun等【Sun L M,et al.Journal of Materials Chemistry,2012,22,23428】采用混合煅烧法制备出g-C3N4-ZnWO4复合材料，与纯g-C3N4和纯ZnWO4催化剂相比，g-C3N4-ZnWO4复合材料对MB具有更高的可见光催化活性。
高氯酸铵(AP)是端羟基丁二烯(HTPB)复合固体推进剂中的高能组分，它在推进剂中占60 %～80 %的比例，其热分解特性与推进剂的燃烧性能密切相关，通过研究催化剂对AP热分解的催化作用可推测推进剂的燃烧性能。在固体推进领域，纳米CuO是一种重要的燃速催化剂，对高氯酸铵(AP)的热分解催化效果明显。例如，张等【张智宏,等.固体火箭技术,2010,33,564】利用固相反应法制备出纳米CuO用于催化分解高氯酸铵，研究表明CuO使AP的高温分解温度降低了113.1℃，表观分解热增加了110%。研究发现，g-C3N4对AP的热分解表现出良好的催化效果。基于以上分析，为了进一步提高g-C3N4的催化效果，将其与对AP有良好作用效果的CuO进行复合制备出g-C3N4/CuO复合材料，可以有效提高催化剂催化活性，使高氯酸铵(AP)在更低的温度下分解。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种g-C3N4/CuO复合材料及其制备方法，以及将其用于催化分解高氯酸铵(AP)。
本为实现上述目的，本发明采用如下技术方案 ：
本发明所提供的g-C3N4/CuO复合材料由质量比为99:5～80:20的g-C3N4和CuO复合而成；g-C3N4作为支撑载体，CuO颗粒沉积在g-C3N4的表面形成异质结结构。
本发明还提供了一种g-C3N4/CuO复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将三聚氰胺或尿素经煅烧、冷却、研磨得淡黄色g-C3N4粉末；
（2）将g-C3N4和Cu(NO3)2•3H2O放入乙醇溶液中超声分散，超声分散均匀，超声过程中不断搅拌；
（3）将步骤（2）的混合液放入玛瑙研钵中研磨至糊状，放入烘箱中烘干，得到g-C3N4/ Cu(NO3)2前驱体；
（4）将步骤（3）的混合物放入管式炉中煅烧即可得g-C3N4/CuO复合材料。
所述步骤（2）中超声分散时间为10～30 min，g-C3N4与Cu(NO3)2•3H2O的质量比为15.1:95～60.4:80。
所述步骤（3）中研磨时间为10～60 min。
所述步骤（3）中干燥的温度为40～70 ℃，干燥时间为30 min～90 min。
所述步骤（4）中焙烧采用管式炉，焙烧温度为250～500 ℃，焙烧时间为3～6 h。
本发明还提供了一种g-C3N4/CuO复合材料的应用，所述的g-C3N4/CuO复合材料用于催化分解高氯酸铵。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
（1）采用g-C3N4为支撑载体，将CuO颗粒沉积在其表面，降低了CuO的团聚几率，提供了较大的比表面积和较多的活性中心，有效提高了催化高氯酸铵(AP)热分解的活性。
（2）g-C3N4和CuO形成异质结，具有更强的电子转移和传导能力，在氧化还原循环中进一步加速电子转移，使高氯酸铵(AP)在更低的温度下分解。
（3）本发明方法原料来源广泛，制备工艺操作简单，重复性好，制备速度快，制备效率高，适合工业化大规模生产，在含能材料领域具有很高的应用前景和实用价值。
附图说明
图1为实施例1制备的g-C3N4和实施例4制备的g-C3N4/CuO复合材料的XRD曲线。
图2为实施例1制备的g-C3N4的透射电子显微镜图。
图3为实施例2制备的g-C3N4/CuO复合材料的场发射扫描电子显微镜图。
图4为实施例3制备的g-C3N4/CuO复合材料的FT-IR曲线。
图5为实施例5、实施例6和实施例7的高氯酸铵热分解曲线。
图6为本发明一种g-C3N4/CuO复合材料的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例 1 制备g-C3N4
称取5 g三聚氰胺放入陶瓷坩埚中（盖上坩埚盖），在马弗炉中以50℃/min升温到500℃，在这个温度下保温焙烧1 h，接着5min内快速升温到520℃，保温焙烧1 h，冷却研磨得黄色粉末样品。
将实施例1的方法制备的材料，经X-射线衍射仪扫描后，见图1，为g-C3N4。
将实施例1的方法制备的材料，经透射电子显微镜观察，见图2，制备的材料为具有层状结构的g-C3N4。
实施例 2制备g-C3N4/CuO复合材料
如图6所示，一种g-C3N4/CuO复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照实施例1的方法制备出石墨相氮化碳(g-C3N4)；
（2）将0.95 g的g-C3N4和0.151 g的Cu(NO3)2•3H2O放入乙醇溶液中超声分散10 min，超声过程中不断搅拌；
（3）将步骤（2）的混合液放入玛瑙研钵中研磨10 min至糊状，放入烘箱中40 ℃烘90 min；
（4）将步骤（3）的混合物放入管式炉中500 ℃煅烧3 h即可得g-C3N4/CuO复合材料，其中，g-C3N4和CuO的质量比为95:5。
按实施例2制备的g-C3N4/CuO复合材料经透射电子显微镜观察后，见图3，CuO均匀沉积在g-C3N4表面。
实施例 3 制备g-C3N4/CuO复合材料
如图6所示，一种制备g-C3N4/CuO复合材料复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照实施例1的方法制备出石墨相氮化碳(g-C3N4)；
（2）将0.9 g的g-C3N4和0.302 g的Cu(NO3)2•3H2O放入乙醇溶液中超声分散20 min，超声过程中不断搅拌；
（3）将步骤（2）的混合液放入玛瑙研钵中研磨30 min至糊状，放入烘箱中50 ℃烘60 min；
（4）将步骤（3）的混合物放入管式炉中400 ℃煅烧4 h即可得g-C3N4/CuO复合材料，其中，g-C3N4和CuO的质量比为90:10。
按实施例3制备的g-C3N4/CuO复合材料傅里叶变换红外图谱，见图4，从图中可以看出，1240cm-1、1321cm-1、1411cm-1、1564cm-1、1645cm-1、807cm-1为g-C3N4的红外吸收特征峰；652cm-1、595cm-1和481cm-1为CuO的红外吸收特征峰，同时，g-C3N4/CuO的红外曲线中可以明显看到g-C3N4的吸收峰，而CuO的吸收峰较弱，这是由于CuO自身的红外吸收峰较弱，同时g-C3N4/CuO复合材料中CuO含量比较低导致的。FT-IR表明制备g-C3N4/CuO复合材料由g-C3N4和CuO复合而成。
实施例 4制备g-C3N4/CuO复合材料
如图6所示，一种g-C3N4/CuO复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照实施例1的方法制备出石墨相氮化碳(g-C3N4)；
（2）将0.8 g的g-C3N4和0.604 g的Cu(NO3)2•3H2O放入乙醇溶液中超声分散30 min，超声过程中不断搅拌；
（3）将步骤（2）的混合液放入玛瑙研钵中研磨60 min至糊状，放入烘箱中70 ℃烘30 min；
（4）将步骤（3）的混合物放入管式炉中300 ℃煅烧6 h即可得g-C3N4/CuO复合材料，其中，g-C3N4和CuO的质量比为80:20。
按实施例4制备的g-C3N4/CuO复合材料经X-射线衍射仪扫描后，见图1，从g-C3N4/CuO复合材料的XRD曲线中可以发现g-C3N4和CuO的特征衍射峰，该表征表明制备的材料为g-C3N4/CuO复合材料。
实施例 5 g-C3N4/CuO复合材料催化高氯酸铵(AP)热分解的应用
取实施例2制备的g-C3N4/CuO复合材料0.2g和0.98 g高氯酸铵(AP)一起加入乙醇中搅拌，混合均匀，干燥后取样9-10 mg测试DTA，测试条件：氩气气氛，流量：20 ml/min，升温速率10 ℃/min，温度范围：100-500 ℃。测试结果见图5，高温分解温度为351.9 ℃。
实施例 6 g-C3N4/CuO复合材料催化高氯酸铵(AP)热分解的应用
取实施例3制备的g-C3N4/CuO复合材料0.2g和0.98 g高氯酸铵(AP)一起加入乙醇中搅拌，混合均匀，干燥后取样9-10 mg测试DTA，测试条件：氩气气氛，流量：20 ml/min，升温速率10 ℃/min，温度范围：100-500 ℃。测试结果见图5，高温分解温度为340.2 ℃。
实施例 7 g-C3N4/CuO复合材料催化高氯酸铵(AP)热分解的应用
取实施例4制备的g-C3N4/CuO复合材料0.2 g和0.98 g高氯酸铵(AP)一起加入乙醇中搅拌，混合均匀，干燥后取样9-10 mg测试DTA，测试条件：氩气气氛，流量：20 ml/min，升温速率10 ℃/min，温度范围：100-500 ℃。测试结果见图5，高温分解温度为318.3 ℃。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种g-C3N4/CuO复合材料，其特征在于，复合材料由质量比为99:5～80:20的g-C3N4和CuO复合而成；g-C3N4作为支撑载体，CuO颗粒沉积在g-C3N4的表面形成异质结结构。
2.根据权利要求1所述一种g-C3N4/CuO复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将三聚氰胺或尿素经煅烧、冷却、研磨得淡黄色g-C3N4粉末；
（2）将g-C3N4和Cu(NO3)2•3H2O放入乙醇溶液中超声分散，超声分散均匀，超声过程中不断搅拌；
（3）将步骤（2）的混合液放入玛瑙研钵中研磨至糊状，放入烘箱中烘干，得到g-C3N4/ Cu(NO3)2前驱体；
（4）将步骤（3）的混合物放入管式炉中煅烧即可得g-C3N4/CuO复合材料。
3.根据权利要求2所述一种g-C3N4/CuO复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中超声分散时间为10～30 min，g-C3N4与Cu(NO3)2•3H2O的质量比为15.1:95～60.4:80。
4.根据权利要求2所述一种g-C3N4/CuO复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中研磨时间为10～60 min。
5.根据权利要求2所述一种g-C3N4/CuO复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中干燥的温度为40～70 ℃，干燥时间为30 min～90 min。
6.根据权利要求2所述一种g-C3N4/CuO复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中煅烧温度为250～500 ℃，煅烧时间为3～6 h。
7.根据权利要求1所述的一种g-C3N4/CuO复合材料的应用，其特征在于，所述的g-C3N4/CuO复合材料用于催化分解高氯酸铵。
CN201510082405.9A 2015-02-15 2015-02-15 一种g‑C3N4/CuO复合材料及其制备方法和应用 Active CN104707642B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510082405.9A CN104707642B (zh) 2015-02-15 2015-02-15 一种g‑C3N4/CuO复合材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510082405.9A CN104707642B (zh) 2015-02-15 2015-02-15 一种g‑C3N4/CuO复合材料及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104707642A true CN104707642A (zh) 2015-06-17
CN104707642B CN104707642B (zh) 2017-10-24

Family

ID=53407664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510082405.9A Active CN104707642B (zh) 2015-02-15 2015-02-15 一种g‑C3N4/CuO复合材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104707642B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105502475A (zh) * 2015-12-17 2016-04-20 西北师范大学 康乃馨花状p-n异质结硫化铜纳米材料的制备及其应用
CN105817638A (zh) * 2016-05-31 2016-08-03 安徽工业大学 一种CuCg-C3N4纳米复合物及其制备方法
CN106243388A (zh) * 2016-07-27 2016-12-21 华南理工大学 一种具有阻燃抑烟功能的石墨相氮化碳负载金属氧化物纳米颗粒及其制备方法与应用
CN106602023A (zh) * 2016-12-26 2017-04-26 武汉理工大学 一种原位合成石墨相氮化碳‑氧化铜复合材料的方法
CN109019556A (zh) * 2018-08-07 2018-12-18 中国石油大学(北京) 一种负载有金属氧化物的碳材料的制备方法及所得碳材料
CN112898103A (zh) * 2021-01-19 2021-06-04 西南科技大学 一种g-C3N4基复合含能材料的制备方法
CN115356379A (zh) * 2022-08-30 2022-11-18 蚌埠学院 一种g-C3N4/CuO复合材料的制备方法及其在丙酮气敏传感器中的应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103920520A (zh) * 2014-04-21 2014-07-16 河北科技大学 一种超声波辅助沉积法合成纳米SnO2/g-C3N4复合可见光催化剂的制备方法
CN104174423A (zh) * 2014-08-19 2014-12-03 河北科技大学 一种Al2O3/g-C3N4异质结光催化剂及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103920520A (zh) * 2014-04-21 2014-07-16 河北科技大学 一种超声波辅助沉积法合成纳米SnO2/g-C3N4复合可见光催化剂的制备方法
CN104174423A (zh) * 2014-08-19 2014-12-03 河北科技大学 一种Al2O3/g-C3N4异质结光催化剂及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LU-YA CHEN ET AL.: "In2O3/g-C3N4 composite photocatalysts with enhanced visible light driven activity", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 *
YIMING HE ET AL.: "High-efficiency conversion of CO2 to fuel over ZnO/g-C3N4 photocatalyst", 《APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL》 *
叶盛: "新型有机-无机复合材料的涉及、制备机光催化性能的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105502475A (zh) * 2015-12-17 2016-04-20 西北师范大学 康乃馨花状p-n异质结硫化铜纳米材料的制备及其应用
CN105502475B (zh) * 2015-12-17 2017-05-03 西北师范大学 康乃馨花状p‑n异质结硫化铜纳米材料的制备及其应用
CN105817638A (zh) * 2016-05-31 2016-08-03 安徽工业大学 一种CuCg-C3N4纳米复合物及其制备方法
CN105817638B (zh) * 2016-05-31 2018-01-02 安徽工业大学 一种Cu@C@g‑C3N4纳米复合物及其制备方法
CN106243388A (zh) * 2016-07-27 2016-12-21 华南理工大学 一种具有阻燃抑烟功能的石墨相氮化碳负载金属氧化物纳米颗粒及其制备方法与应用
CN106602023A (zh) * 2016-12-26 2017-04-26 武汉理工大学 一种原位合成石墨相氮化碳‑氧化铜复合材料的方法
CN106602023B (zh) * 2016-12-26 2019-07-12 武汉理工大学 一种原位合成石墨相氮化碳-氧化铜复合材料的方法
CN109019556A (zh) * 2018-08-07 2018-12-18 中国石油大学(北京) 一种负载有金属氧化物的碳材料的制备方法及所得碳材料
CN112898103A (zh) * 2021-01-19 2021-06-04 西南科技大学 一种g-C3N4基复合含能材料的制备方法
CN115356379A (zh) * 2022-08-30 2022-11-18 蚌埠学院 一种g-C3N4/CuO复合材料的制备方法及其在丙酮气敏传感器中的应用
CN115356379B (zh) * 2022-08-30 2024-06-21 蚌埠学院 一种g-C3N4/CuO复合材料的制备方法及其在丙酮气敏传感器中的应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN104707642B (zh) 2017-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104707642A (zh) 一种g-C3N4/CuO复合材料及其制备方法和应用
CN105289692A (zh) 一种g-C3N4/Fe2O3复合材料及其制备方法和应用
CN105271141A (zh) 一种多孔石墨相氮化碳材料的制备方法
CN104707643A (zh) 一种g-C3N4/La2O3复合材料及其制备方法和应用
CN102886270B (zh) SiC纳米晶/石墨烯异质结及制备方法和应用
CN104646044A (zh) 一种g-C3N4/NiFe2O4复合材料及其制备方法和应用
CN104646045A (zh) 一种CuO/mpg-C3N4复合材料及其制备方法和应用
CN109092343A (zh) 一种可见光响应型g-C3N4/BiVO4异质结材料的制备方法及其应用
CN105755541B (zh) 一种利用微波诱发燃烧合成反应合成氧化锌晶须的方法
CN104692344A (zh) 一种介孔石墨相氮化碳材料的制备方法
CN104988604A (zh) 一种碳化锆微纳米纤维的制备方法
CN103601162A (zh) 一种石墨型氮化碳纳米管的制备方法
CN108704637A (zh) MXene/CeO2复合材料的制备方法
CN104056648A (zh) 硫掺杂石墨相氮化碳可见光催化剂的制备方法及由该方法获得的产品
CN106532071B (zh) 一种制备n掺杂石墨烯包裹碳化铁电催化剂的方法
CN101113010A (zh) 微波辅助制备氧化铈纳米粒子的方法
CN104692363B (zh) 一种超重力法制备石墨烯的方法
CN109759082A (zh) 一种氧化铟-硫化铟空心多孔六棱柱复合光催化剂的制备方法
CN114392762B (zh) 一种基于二维MXene纳米结构复合材料及其制备方法
CN109746017A (zh) 一种p掺杂溶剂热石墨相氮化碳光催化剂的制备方法
CN108855187A (zh) 一种氟改性硼碳氮光催化材料及其在高效还原二氧化碳中的应用
CN108199053A (zh) 一种高效低成本氧还原催化剂的制备方法
CN102874874A (zh) 一种多级结构花状三氧化钼的制备方法及其应用
CN107416820A (zh) 一种n，o，s掺杂的网状石墨化碳纳米材料的制备方法
CN110339852B (zh) 一种CoO@氮硫共掺杂碳材料/CdS复合光催化材料、制备方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant