CN108772086B - 一种大比表面积类石墨相碳化氮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大比表面积类石墨相碳化氮及其制备方法。其步骤如下，将密勒胺与叔丁硒基乙酸按照10～30:1的质量比，在400～600℃管式炉中，通氮气保护下煅烧2～4小时，即可得到大比表面积类石墨相碳化氮。与传统方法不掺杂硒制备的类石墨相碳化氮相比，添加硒助剂后制备的材料，比表面积增加10.2倍，因此带来更加优越的催化性能，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备大比表面积类石墨相碳化氮及其方法，属于催化剂材料制备领域。
背景技术
类石墨相碳化氮是最近刚被发明的一种新型二维催化剂材料，它最著名的性能是可以在可见光照下分解水，因此，是新能源领域的研究热点之一。除此之外，类石墨相碳化氮还可以用于催化一些有机氧化反应，有重大的工业应用前景。而增加催化剂材料的比表面积，能够提高催化剂效率，是重要的催化剂制备技术。
目前，制备大比表面积类石墨相碳化氮的方法不多，主要采取金属掺杂或者反复煅烧方法。前者会带入金属离子污染，而后者步骤繁琐，能耗较大。因此，开发更加简洁的，无金属掺杂的大比表面积类石墨相碳化氮的合成方法，有很好的应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种大比表面积类石墨相碳化氮及其制备方法。本发明以密勒胺为原料，叔丁硒基乙酸为助剂，合成大比表面积类石墨相碳化氮；所述方法简单，具有较高的实际应用价值。
为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案是：
一种大比表面积类石墨相碳化氮及其制备方法，在管式炉中按照质量比10～30:1的比例加入密勒胺与叔丁硒基乙酸，在氮气保护下，于400～600℃煅烧2～4小时，即可得到所述的大比表面积类石墨相碳化氮材料。
本发明中，密勒胺与叔丁硒基乙酸的质量比为10～30:1，优选20:1；此条件下合成的材料比表面积最大，催化活性也最佳。过多的叔丁硒基乙酸助剂会导致过量硒残余，从而反而降低材料的比表面积；而过少的叔丁硒基乙酸助剂则效果不明显，同样会降低材料的比表面积。
本发明中，煅烧材料的温度在400～600℃，优选500℃；温度过低会使得硒元素挥发不充分，导致过量残余，降低比表面积；温度过高则导致材料局部分解，降低催化剂活性。
本发明中，煅烧材料时间为2～4小时，优选3小时；过短的煅烧时间会导致硒挥发不充分，从而降低比表面积，而过长的煅烧时间则会是的材料进一步烧结，同样降低比表面积。
本发明中，制得的大比表面积类石墨相碳化氮材料的比表面积最高可达81.6m2/g。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明制备的大比表面积类石墨相碳化氮，其材料比表面积大，催化活性高，有很好的应用价值；所述制备方法简单易操作，经济环保。
具体实施方式
下面的实施例对本发明进行更详细的阐述，而不是对本发明的进一步限定。
发明人尝试制备硒掺杂的类石墨相碳化氮催化剂，以期结合硒与类石墨相碳化氮的不同的催化性能，开发独特的多功能催化剂。然而，在本申请中，发明人意外地发现，在催化剂制备配方中掺入硒，并不能使得硒元素保留在最终的催化剂中(硒残留小于0.1ppm)，但是，却能够显著地提高催化剂的比表面积(最高可提高10.2倍)与催化性能。本申请为制备大比表面积类石墨相碳化氮新材料提供了一种独特的新思路，兼具科学与应用价值。
实施例1
在管式炉中加入0.1克叔丁硒基乙酸与2.0克密勒胺，氮气保护下升温到500℃，煅烧3小时，即得到新材料。用氮吸附脱附发测定，该材料比表面积为81.6m2/g，是不掺杂硒化合物同等条件下制备的材料的10.2倍(后者比表面积仅8.0m2/g)。电感耦合等离子体质谱(ICP)测定所制备的大比表面积类石墨相碳化氮新材料中硒的残留小于0.1ppm。以二苯甲醇空气氧化为模型反应，表征材料的催化活性，步骤如下：
1mmol二苯甲醇加入到1mL乙腈中，再加入5mg催化剂，空气中用LED白光灯光照24h，气谱分析产物二苯甲酮产率。用本发明上述掺硒方法制备的催化剂催化反应产率为96.2％，而传统不掺硒制备的催化剂催化反应，产率仅23.4％。实施例2
其他条件同实施例1,检验不同密勒胺/叔丁硒基乙酸质量比例所产生的材料的性能，实验结果见表1。
表1不同密勒胺/叔丁硒基乙酸质量比例所产生的材料的性能
由上述结果可知，密勒胺/叔丁硒基乙酸质量比优选20:1(实施例1)。
实施例3
其他条件同实施例1，检验不同煅烧温度制备的材料性能，实验结果如表2所示。
表2不同煅烧温度效果的检验
由上述结果可知，煅烧温度优选500℃(实施例1)。
实施例4
其他条件同实施例1，检验不同煅烧时间制备的材料性能，实验结果如表3所示。
表3不同煅烧时间效果的检验
由上述结果可知，煅烧时间优选3h(实施例1)。
实施例5
其他条件同实施例1，检验不同含硒助剂制备的材料性能，实验结果如表4所示。
表4不同含硒材料效果的检验
由上述结果可知，叔丁硒基乙酸做助剂有独特的效果，其它即使与之结构相近的助剂，都会导致比表面积和催化剂活性急剧下降(实施例1)。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种大比表面积类石墨相碳化氮的制备方法，其特征在于，按照质量比10～30:1的比例加入密勒胺与叔丁硒基乙酸，在氮气保护下，于400～600 ℃煅烧2～4小时，即可得到所 述的大比表面积类石墨相碳化氮材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，密勒胺与叔丁硒基乙酸的质量比为20:1。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，煅烧温度为500 ℃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，煅烧时间为3小时。
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