CN109319751A - 由中空球组成的介孔石墨相氮化碳的制备方法及其产品和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由中空球组成的介孔石墨相氮化碳的制备方法，利用大容量的坩埚和适合的圆柱体将氮化碳前驱体与二氧化硅模板分离，之后利用气相沉积的方法使之结合，并通过控制模板剂与前驱体的用量来控制最后产物的形貌；其次，通过高温煅烧的方法使前驱体在模板上聚合，然后用腐蚀剂除去模板；最后用去离子水和无水乙醇清洗后在真空下干燥得到由中空球组成的介孔石墨相氮化碳g‑C3N4。本发明所提供的方法操作简单，成本低廉，并且最后得到的氮化碳介孔性好，而且一个个的中空球形貌不仅增大了g‑C3N4的比表面积，还能增加光在g‑C3N4的反射次数，提高其对光的利用率。
Description
技术领域
本发明属于光催化材料制备技术领域，具体涉及一种由中空球组成的介孔氮化碳的制备方法及其产品和应用。
背景技术
石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种类石墨烯结构的二维半导体材料，在光催化水产氢、光催化有机合成、光催化污染物降解等方面显示出极大的应用前景。常规的体相g-C3N4虽然具有一定的光催化能力，但由于其存在比表面积小、带隙较宽、光生电子和载流子易复合等缺点，严重抑制了其在光催化领域的应用。
已有文献表明：通过模板法将体相的g-C3N4做成介孔状的g-C3N4可以极大的提高g-C3N4的比表面积，增强其对光的吸收和与反应物的接触，从而提高其催化性能。但相关文献报道介孔g-C3N4都是将不同g-C3N4前驱体与模板剂混合，然后进行高温煅烧，用腐蚀剂除去模板后得到的，这种方法存在一些非常突出的缺点，比如：模板剂与g-C3N4前驱体的混合处理不是很容易，有的需要高温加热，而且难以混合的特别均匀，而且这种混合式的煅烧方式在去除模板后得到的介孔分布不均匀而且介孔形貌不理想，所以这种方法在一定程度上影响了介孔g-C3N4的光催化性能。因此传统介孔g-C3N4的制备方法需要进一步优化，在简化其制备过程的基础上进一步改善其介孔的形貌与分布问题。
发明内容
针对传统介孔g-C3N4制备工艺过程复杂的问题，本发明目的在于提供一种由中空球组成的介孔石墨相氮化碳的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的由中空球组成的介孔石墨相氮化碳产品。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种由中空球组成的介孔石墨相氮化碳的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，前驱体与模板的准备：在一个大的坩埚中搭建一个圆柱体，分别将二氧化硅模板和氮化碳前驱体均匀的放置在圆柱体顶部和坩埚底部，二氧化硅和氮化碳前驱体的比例为1:1~1:10，盖好坩埚盖；
步骤二，介孔氮化碳的制备：
将步骤一中的坩埚进行高温煅烧后，用腐蚀剂去除模板，然后用洗涤，干燥，得到由中空球组成的介孔石墨相氮化碳。
本发明所述步骤一中的圆柱体，用于将二氧化硅模板和氮化碳的前驱体分离，然后通过气相沉积的方式结合。
在上述方案基础上，所用二氧化硅模板的直径在20nm~200nm。
所用的氮化碳的前驱体为单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素中的一种。
所述步骤二中的煅烧温度为500℃~ 600℃，加热时间为1h~4h，升温速率为2℃~15℃。
所述步骤二中的腐蚀剂为HF、NH4F2、NaOH中的一种。
腐蚀剂的浓度为1M~4M，处理时间为24h~48h。
本发明提供一种由中空球组成的介孔石墨相氮化碳，根据上述任一所述方法制备得到。
本发明提供一种由中空球组成的介孔石墨相氮化碳作为光催化剂的应用。
本发明机理是：首先利用大容量的坩埚和适合的圆柱体将氮化碳前驱体与二氧化硅模板分离，之后利用气相沉积的方法使之结合，并通过控制模板剂与前驱体的用量来控制最后产物的形貌；其次，通过高温煅烧的方法使前驱体在模板上聚合，然后用腐蚀剂除去模板；最后用去离子水和无水乙醇清洗后在真空下干燥得到由中空球组成的介孔g-C3N4。
本发明优越性在于：所提供的方法操作简单，成本低廉，并且最后得到的氮化碳介孔性好，而且一个个的中空球形貌不仅增大了g-C3N4的比表面积，还能增加光在g-C3N4的反射次数，提高其对光的利用率。
附图说明
图1是本发明中实例1制备的由中空球组成的介孔石墨相氮化碳材料的XRD图；
图2是本发明中实例1制备的由中空球组成的介孔石墨相氮化碳材料的SEM图。
具体实施方式
本发明通过下面的具体实例进行详细描述，但本发明的保护范围不受限于这些实例。
实施例1
(1)在一个300ml的坩埚中心放置一个高4cm底部直径3cm的圆柱体，构成坩埚底部和圆柱体顶部两个分离的原料放置空间；
(2)称量0.2g的直径20nm的二氧化硅模板均匀置于圆柱体顶部，称量2g的三聚氰胺均匀置于坩埚底部，盖好坩埚盖；
(3)将坩埚置于马弗炉中，在550℃下煅烧4h，升温速率4℃/min；
(4)将得到的黄色产物用4M的NH4HF2处理24小时；
(5)分别用去离子水和无水乙醇清洗(4)中产物3次，然后在80℃下真空干燥12h，得到的黄色产物即为由中空球组成的介孔氮化碳。
实施例2
(1)在一个300ml的坩埚中心放置一个高4cm底部直径3cm的圆柱体，构成坩埚底部和圆柱体顶部两个分离的原料放置空间；
(2)称量0.2g的直径20nm的二氧化硅模板均匀置于圆柱体顶部，称量2g的尿素均匀置于坩埚底部，盖好坩埚盖；
(3)将坩埚置于马弗炉中，在520℃下煅烧4h，升温速率4℃/min；
(4)将得到的黄色产物用4M的NH4HF2处理24小时；
(5)分别用去离子水和无水乙醇清洗(4)中产物3次，然后在80℃下真空干燥12h，得到的黄色产物即为由中空球组成的介孔氮化碳。
实施例3
(1)在一个300ml的坩埚中心放置一个高4cm底部直径3cm的圆柱体，构成坩埚底部和圆柱体顶部两个分离的原料放置空间；
(2)称量0.2g的直径20nm的二氧化硅模板均匀置于圆柱体顶部，称量2g的单氰胺均匀置于坩埚底部，盖好坩埚盖；
(3)将坩埚置于马弗炉中，在550℃下煅烧4h，升温速率4℃/min；
(4)将得到的黄色产物用4M的NH4HF2处理24小时；
(5)分别用去离子水和无水乙醇清洗(4)中产物3次，然后在80℃下真空干燥12h，得到的黄色产物即为由中空球组成的介孔氮化碳。
Claims (9)
1.一种由中空球组成的介孔石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，前驱体与模板的准备：在一个大的坩埚中搭建一个圆柱体，分别将二氧化硅模板和氮化碳前驱体均匀的放置在圆柱体顶部和坩埚底部，二氧化硅和氮化碳前驱体的比例为1:1~1:10，盖好坩埚盖；
步骤二，介孔氮化碳的制备：
将步骤一中的坩埚进行高温煅烧后，用腐蚀剂去除模板，然后用洗涤，干燥，得到由中空球组成的介孔石墨相氮化碳。
2.根据权利要求1所述由中空球组成的介孔石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于，所用二氧化硅模板的直径在20nm~200nm。
3.根据权利要求1或2所述由中空球组成的介孔石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于，在一个300ml的坩埚中心放置一个高4cm底部直径3cm的圆柱体，构成坩埚底部和圆柱体顶部两个分离的原料放置空间，称量0.2g的直径20nm的二氧化硅模板均匀置于圆柱体顶部，称量2g的三聚氰胺均匀置于坩埚底部，盖好坩埚盖；称量2g的氮化碳前驱体置于坩埚底部，盖好坩埚盖。
4.根据权利要求3所述由中空球组成的介孔石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于，所用的氮化碳的前驱体为单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素中的一种。
5.根据权利要求1所述由中空球组成的介孔石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的煅烧温度为500℃~600℃，加热时间为1h~4h，升温速率为2℃~15℃。
6.根据权利要求1所述由中空球组成的介孔石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的腐蚀剂为HF、NH4F2、NaOH中的一种。
7.根据权利要求1或5所述的一种由中空球组成的介孔石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于，腐蚀剂的浓度为1M~4M，处理时间为24h~48h。
8.一种由中空球组成的介孔石墨相氮化碳，其特征在于根据权利要求1-7任一所述方法制备得到。
9.一种根据权利要求8所述由中空球组成的介孔石墨相氮化碳作为光催化剂的应用。
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