CN111298823A - 一种具有高的氟含量的氟化氮化碳的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高的氟含量的氟化氮化碳的制备方法，具体是以石墨相氮化碳为原材料，以二氟化氙为氟源，以高压消解罐作为反应室，在石墨相氮化碳和二氟化氙互不接触的条件下，于200±20℃下恒温反应，即得；其中，二氟化氙和石墨相氮化碳的质量比比值≥10。与现有技术相比，本发明所述方法以二氟化氙为氟源，与氟气相比，其氟化性温和，又比较稳定，操作也更为安全；而且以二氟化氙为氟源可以采用现有常规的高压消解罐作为反应设备，无需特别定制，生产成本有效降低；再者，以二氟化氙为氟源搭配高压消解罐作为反应设备在200±20℃下恒温反应可以获得高氟含量掺杂的石墨相氮化碳。
Description
技术领域
本发明涉及氟掺杂石墨相氮化碳，具体涉及一种具有高的氟含量的氟化氮化碳的制备方法。
背景技术
可见光驱动的半导体光催化技术在污染治理、二氧化碳转化为烃类燃料、氢能演化等方面具有潜在的应用前景，在近几十年引起了人们的广泛关注。为了充分利用太阳能，提高光催化效率，新型可见光驱动光催化剂的开发成为人们关注的焦点。
石墨相氮化碳(g-C3N4)由于其具有良好的化学稳定性和催化活性，已被广泛用于光催化领域。石墨相氮化碳在紫外光的激发下，可以发射出较强的荧光。在石墨相氮化碳中直接掺杂非金属元素是改变其结构和表面化学性质的一种简单易行的策略，可显著提高光催化性能。石墨相氮化碳的掺杂会使某些共轭域的对称性发生扭曲，进而改变带隙和带边缘位置，从而提高光催化性能。
公开号为CN108927191A的发明专利，公开了一种含氟石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，具体是将石墨相氮化碳为置于反应釜中，常压下通入氟气和氮气的混合气体，以使整个反应釜处于氟气和氮气的混合气体气氛，在10-25℃下进行反应。该方法在常压不加热的条件下进行，操作简单。但是，该方法以氟气为氟源，众所周知，氟气是一种极具腐蚀性的双原子气体，大多数金属都会被氟腐蚀，因此，上述发明中所使用的设备必然需要以特殊材质进行制作，导致生产成本增加；另一方面，氟气为剧毒物品，氟气的使用对操作人员的身体健康存在极大威胁。因此，有必要寻求一种反应条件温和、生产成本低且氟掺杂含量高的制备含氟石墨相氮化碳的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种反应条件温和、生产成本低的具有高的氟含量的氟化氮化碳的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案：
一种具有高的氟含量的氟化氮化碳(即氟掺杂石墨相氮化碳)的制备方法，具体为：以石墨相氮化碳为原材料，以二氟化氙为氟源，以高压消解罐作为反应室，在石墨相氮化碳和二氟化氙互不接触的条件下，于200±20℃下恒温反应，即得；其中，二氟化氙和石墨相氮化碳的质量比比值≥10。
本发明所述的制备方法中，二氟化氙和石墨相氮化碳的质量比比值优选为20-80。在反应时，反应的时间为通常≥1h，优选将反应时间控制在8-24h，使反应更为完全。
本发明所述的制备方法中，可以采用现有常规方法来实现石墨相氮化碳和二氟化氙在高压消解罐的聚四氟乙烯内杯中的互不接触，本申请中，具体是通过在高压消解罐的聚四氟乙烯内杯中设置一个支撑盘，将石墨相氮化碳和二氟化氙分别置于聚四氟乙烯内杯底部和支撑盘上以实现石墨相氮化碳和二氟化氙的互不接触。所述的支撑盘需要是以石英材质或陶瓷材质制作而成，以避免其与二氟化氙产生反应。所述支撑盘的结构具体包括支撑脚及固定于支撑脚上的托盘。
与现有技术相比，本发明所述方法以二氟化氙为氟源，与氟气相比，其氟化性温和，又比较稳定，操作也更为安全；而且以二氟化氙为氟源可以采用现有常规的高压消解罐作为反应设备，无需特别定制，生产成本有效降低；再者，以二氟化氙为氟源搭配高压消解罐作为反应设备在200±20℃下恒温反应可以获得高氟含量掺杂的石墨相氮化碳。
附图说明
图1为本发明所述方法中使用的支撑盘的结构示意图。
图2为本发明实施例2-5制备的氟掺杂石墨相氮化碳的荧光光谱图，其中a表示实施例5，b表示原料石墨相氮化碳，c表示实施例3，d表示实施例4，e表示实施例2。
图3为本发明实施例2-5制备的氟掺杂石墨相氮化碳的x射线电子能谱图。
图中标号为：
1支撑盘，2支撑脚，3托盘。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述，以更好地理解本发明的内容，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：支撑盘的结构
所述支撑盘的结构如图1所示，包括三个圆柱形的支撑脚以及固接于三个支撑脚上的圆形托盘，支撑脚和托盘均采用石英材质制成。
实施例2：氟掺杂石墨相氮化碳的制备
取1g二氟化氙置于聚四氟乙烯内杯底部，取0.1g石墨相氮化碳置于实施例1所述结构的支撑盘上，然后置于聚四氟乙烯内杯，盖上内杯盖，然后将聚四氟乙烯内杯放进高压消解罐的不锈钢外罐中，拧紧不锈钢盖子，之后置于烘箱中，于200℃下恒温反应8h，反应结束后自然冷却至室温，得到氟掺杂石墨相氮化碳。
实施例3：氟掺杂石墨相氮化碳的制备
重复实施例2，不同的是，二氟化氙的用量为2g。
实施例4：氟掺杂石墨相氮化碳的制备
重复实施例2，不同的是，二氟化氙的用量为4g。
实施例5：氟掺杂石墨相氮化碳的制备
重复实施例2，不同的是，二氟化氙的用量为8g。
实施例6：氟掺杂石墨相氮化碳的制备
重复实施例2，不同的是，反应在220℃下进行，反应时间为1h。
实施例7：氟掺杂石墨相氮化碳的制备
重复实施例2，不同的是，反应在180℃下进行，反应时间为24h。
对实施例2-5制备的氟掺杂石墨相氮化碳中的氟含量、氧含量等进行XPS含量检测，结果如下述表1所示：
表1：
| 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 氟原子个数百分含量/％ | 2.94 3.1 | 2 5.46 | 16.49 | |
| 氧原子个数百分含量/％ | 6.85 5.6 | 8 | 15.29 | 15.2 |
对实施例2-5制备的氟掺杂石墨相氮化碳进行荧光测试，它们的荧光发射峰如图2所示。
由图2可知，氟的掺入能使石墨相氮化碳的荧光主峰位置发生偏移。
对实施例2-5制备的氟掺杂石墨相氮化碳用x射线电子能谱仪进行分析，样品的电子能谱，它们的x射线电子能谱图如图3所示。
由图3可知，原材料石墨相氮化碳(g-C3N4)在287eV和399eV出现了明显碳峰和氧峰，而本发明所述方法制得的氟掺杂石墨相氮化碳(F,g-C3N4)则在687eV处多出现了明显的氟峰，说明氟原子已经成功掺进了石墨相氮化碳。
Claims (6)
1.一种具有高的氟含量的氟化氮化碳的制备方法，其特征在于：以石墨相氮化碳为原材料，以二氟化氙为氟源，以高压消解罐作为反应室，在石墨相氮化碳和二氟化氙互不接触的条件下，于200±20℃下恒温反应，即得；其中，二氟化氙和石墨相氮化碳的质量比比值≥10。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：二氟化氙和石墨相氮化碳的质量比比值为20-80。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：反应的时间为≥1h。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：反应的时间为8-24h。
5.通过在高压消解罐的聚四氟乙烯内杯中设置支撑盘，将石墨相氮化碳和二氟化氙分别置于聚四氟乙烯内杯底部和支撑盘上以实现石墨相氮化碳和二氟化氙的互不接触。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的支撑盘为石英材质或陶瓷材质制作而成。
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