[发明专利]一种直接合成g-C3N4负载氧化铈纳米复合材料的方法

说明书

本发明涉及功能复合材料技术领域，尤其是一种直接合成g‑C₃N₄负载氧化铈纳米复合材料的方法；所述方法采用溶胶‑凝胶自燃烧直接合成法，以硝酸铈为起始原料，辅助硝酸盐为氧化剂，柠檬酸为络合剂，在溶胶‑凝胶化过程中加入三聚氰胺，经加热蒸发、去除溶剂得到凝胶，所得凝胶进一步烘干，并诱发燃烧，直接生成g‑C₃N₄负载氧化铈的纳米复合材料；本发明针对类石墨烯g‑C₃N₄材料合成与功能化，实现了快速、可控的合成，为现g‑C₃N₄功能化提供有效途径；同时，该方法亦可为实现有机‑无机纳米复合提供了工艺借鉴。

技术领域

本发明涉及功能复合材料技术领域，尤其是一种直接合成g-C₃N₄负载氧化铈纳米复合材料的方法。

背景技术

g-C₃N₄材料由于具有类石墨烯结构，经过官能化改性可在电、磁结构上进行调控，而产生电、光、磁以及催化等优异特性。故而对于g-C₃N₄材料，使其作为功能材料使用，需要实现g-C₃N₄片层结构的剥离以及类石墨烯结构的官能化。一般常用方法可以通过三聚氰胺首先在气氛保护下加热聚合、剥离得到g-C₃N₄材料；进一步通过表面沉积金属离子或者表面基团化学改性等方法实现g-C₃N₄材料的功能化改造。

如何实现同时g-C₃N₄材料制备与功能化，这给制备技术提出了挑战。为此，我们设计溶胶-凝胶自燃烧的方法，利用自燃烧过程中所产生的热量与自行构建的气氛条件，实现三聚氰胺的聚合与剥离，并同时完成金属稀土氧化物的合成，在原位合成过程中，控制合成工艺条件，实现氧化铈基于g-C₃N₄负载生长，从而实现g-C₃N₄负载纳米氧化铈的直接合成。

本发明通过溶胶-凝胶自燃烧直接合成g-C₃N₄负载氧化铈纳米复合材料，为g-C₃N₄制备与功能化提供了新的方法，亦可为有机-无机纳米复合技术提供借鉴。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种工艺简单、快速可控的直接合成g-C₃N₄负载氧化铈纳米复合材料的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种直接合成g-C₃N₄负载氧化铈纳米复合材料的方法，所述方法采用溶胶-凝胶自燃烧直接合成法，以硝酸铈为起始原料，辅助硝酸盐为氧化剂，柠檬酸为络合剂，在溶胶-凝胶化过程中加入三聚氰胺，经加热蒸发、去除溶剂得到凝胶，所得凝胶进一步烘干，并诱发燃烧，直接生成g-C₃N₄负载氧化铈的纳米复合材料。

优选的，所述方法包括以下步骤：

（1）以硝酸铈或水合硝酸铈为起始原料，加入去离子水，配制硝酸铈溶液，后加入有机络合剂柠檬酸，搅拌溶解；加入硝酸铵为辅助氧化剂，继续搅拌溶解；之后，用氨水调节溶液pH值，得到待处理溶液；

（2）将待处理溶液加热搅拌，蒸发去除水分，待粘度明显增加时，加入三聚氰胺，继续搅拌凝胶化，得到米黄色凝胶；所得米黄色凝胶置于真空干燥箱中，减压烘干，得到干凝胶；

（3）将干凝胶置于石英烧杯中，经热诱发燃烧，利用燃烧所产生的热量和构建的气氛条件，实现产物合成；搜集燃烧产物，进行研磨，得到最终产物。