CN113735075A - 一种红色氮化碳宽光谱响应光催化剂的制备方法及产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红色氮化碳宽光谱响应材料的制备方法及产品，方法步骤包括：使用胍和氰胺作为原料，乙腈作为溶剂，经充分混合后进行溶剂热处理，随后将离心洗涤后的产物与三聚氰胺混合研磨，进行热聚合反应，最终制得红色氮化碳宽光谱响应的材料。本发明解决了氮化碳样品对于可见光吸收利用率低的问题，将氮化碳的光吸收响应范围从传统的可见光区拓展至近红外光区，充分利用了太阳光能，并且制备的红色氮化碳材料在光催化能源环境以及医疗等领域具有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于光催化材料制备技术领域，涉及一种红色氮化碳宽光谱响应材料的制备方法。
背景技术
聚合物半导体氮化碳材料由于其环境友好、成本低廉、化学稳定性好以及在可见光区合适的带隙宽度，作为一种无金属的半导体材料被人们广泛研究。其优异的物理、化学及光学性能，使得此材料在光催化、传感、太阳能电池、以及离子传输等各领域具有极高的研究价值。然而，氮化碳材料通常是由富氮前驱体(双氰胺、三聚氰胺、三聚氰酸、尿素等)经过高温热聚合的方式制备而成，所获得样品的颜色为淡黄色，光响应范围主要集中可见光区，这对于光的利用率较低，很难满足人们目前的需求。近些年来，研究者通过金属或非金属掺杂以及与其他半导体材料复合的方式，努力拓宽材料的光响应范围，但是将单一氮化碳材料的光响应范围拓展至近红外光区具有较高的挑战性，且目前的相关报道较少。
发明内容
针对通常合成的淡黄色的氮化碳材料吸收光范围主要集中在可见光区，对于光的利用率不高的问题，本发明制备了一种红色氮化碳宽光谱响应的光催化剂。本发明通过使用溶剂热法与煅烧法相结合的方式，制备了光响应范围可拓展至近红外光区的宽光谱响应的红色氮化碳光催化剂材料。由于氮化碳材料化学性能稳定、环境友好、无毒且不含金属元素等优点，因此该材料在光催化及生物医疗等领域具有着潜在的应用价值。
本发明的技术方案为：
一种红色氮化碳宽光谱响应材料的制备方法及其产品，其特征在于，具体步骤如下：
(1)首先将胍与氰胺在乙腈溶剂中溶解，经充分混合后进行溶剂热处理；
(2)将离心洗涤后的产物与三聚氰胺混合充分研磨，进行热聚合反应，最终制得红色氮化碳宽光谱响应的材料。
上述步骤(1)中，所述的胍为盐酸胍、碳酸胍。
上述步骤(1)中，所述的氰胺为单氰胺、双氰胺。
上述步骤(1)中，所述的胍与氰胺的摩尔比为1:1。
上述步骤(1)中，所述的胍与氰胺溶解于乙腈的总摩尔浓度为：0.01～1mol/L。
上述步骤(1)中，所述的温度为160～220℃，时间为24～72h。
上述步骤(2)中，所述的产物与三聚氰胺的质量比为1：1～5。
上述步骤(2)中，所述的热聚合煅烧温度为600～750℃，所述的升温速率为1～5℃min-1，时间为1～10h。
本发明介绍了一种红色氮化碳宽光谱响应光催化剂材料的制备方法，其有益效果为：操作过程简便，成本低廉，应用价值高，将常见的淡黄色氮化碳材料的光响应范围由可见光区拓展至近红外光区，不仅提高了材料对于光的利用率，此外可扩展材料在近红外光响应的光催化及生物医疗等领域的广泛应用。
附图说明
图1本发明实施例1合成的红色氮化碳材料的透射电镜(TEM)照片。
图2本发明实施例1合成的红色氮化碳材料的X射线衍射(XRD)图谱。
图3本发明实施例1合成的红色氮化碳材料的漫反射光谱(DRS)以及对比例1合成的黄色氮化碳材料的漫反射光谱(DRS)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了进一步理解本发明，将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
1.1将2.28g盐酸胍与2g双氰胺溶于60mL乙腈溶液中，经充分混合搅拌均匀后进行180℃溶剂热反应48h；
1.2将1.1所述反应后的离心产物(0.3g)与1.2g三聚氰胺研磨混合，以2℃min-1的升温速率至650℃在惰性气氛下保温2h，所得样品为红色氮化碳宽光谱响应材料，样品的透射电镜照片如图1所示，其成分与结构如图2所示，漫反射光谱如图3所示。
实施例2
2.1将1.14g盐酸胍与1g双氰胺溶于60mL乙腈溶液中，经充分混合搅拌均匀后进行进行180℃溶剂热反应24h；
2.2将2.1所述反应后的离心产物(0.3g)与1.2g三聚氰胺研磨混合，以2℃min-1的升温速率至650℃在惰性气氛下保温2h，所得样品为红色氮化碳宽光谱响应材料。
实施例3
3.1将0.285g盐酸胍与0.25g双氰胺溶于60mL乙腈溶液中，经充分混合搅拌均匀后进行进行180℃溶剂热反应72h；
3.2将3.1所述反应后的离心产物(0.3g)与1.2g三聚氰胺研磨混合，以2℃min-1的升温速率至650℃在惰性气氛下保温2h，所得样品为红色氮化碳宽光谱响应材料。
实施例4
4.1将1.14g碳酸胍与2g氰胺溶于60mL乙腈溶液中，经充分混合搅拌均匀后进行进行180℃溶剂热反应48h；
4.2将4.1所述反应后的离心产物(0.3g)与1.5g三聚氰胺研磨混合，以2℃min-1的升温速率至750℃在惰性气氛下保温1h，所得样品为红色氮化碳宽光谱响应材料。
实施例5
5.1将1.14g碳酸胍与2g氰胺溶于60mL乙腈溶液中，经充分混合搅拌均匀后进行进行160℃溶剂热反应72h；
5.2将5.1所述反应后的离心产物(0.3g)与0.3g三聚氰胺研磨混合，以2℃min-1的升温速率至600℃在惰性气氛下保温10h，所得样品为红色氮化碳宽光谱响应材料。
对比例1
称取3g双氰胺与15g氯化铵进行充分混合均匀，随后置于管式炉中，以2.5℃min-1速率升温至550℃，保温4h，制备氮化碳纳米片，其黄色样品的漫反射光谱如图3所示。
上述说明仅为本发明的优选实施例，并非是对本发明的限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改型等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种红色氮化碳宽光谱响应材料的制备方法及其产品，其特征在于，具体步骤如下：
(1)首先将胍与氰胺在乙腈溶剂中溶解，经充分混合后进行溶剂热处理；
(2)将离心洗涤后的产物与三聚氰胺混合充分研磨，进行热聚合反应，最终制得红色氮化碳宽光谱响应的材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的胍为盐酸胍、碳酸胍。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的氰胺为单氰胺、双氰胺。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的胍与氰胺的摩尔比为1:1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的胍与氰胺溶解于乙腈的总摩尔浓度为：0.01～1mol/L。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的温度为160～220℃，时间为24～72h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的产物与三聚氰胺的质量比为1：1～5。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的热聚合煅烧温度为600～750℃，所述的升温速率为1～5℃min-1，时间为1～10h。
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