[发明专利]一种三维多孔硼碳氮材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种三维多孔硼碳氮材料及其制备方法和其在光催化领域的应用。该方法以硼酸，尿素以及淀粉为原材料与氯化钠盐混合后，加入适量水并超声使其溶解，混合均匀，静置于常温常压下，若干小时后，自形成具有三维多孔结构的前驱体，而后在氨气气氛下高温热聚合，合成三维多孔硼碳氮材料。本发明提供的制备方法过程简单，材料廉价，条件温和可控。所得的硼碳氮材料比表面积显著增大，孔径变小，电荷分离显著提升，具有良好的光催化性能，并且在光电、催化、有机污染物光降解及吸附和储能等领域有更为广阔的应用。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种三维多孔硼碳氮材料及其制备方法和其在光催化领域的应用。

背景技术

三维多孔（3D porous）材料由于其具有低密度，高孔隙率，更好的热/化学稳定性以及更高的比表面积，近些年来受到广泛的关注和研究（Chem. Rev., 2014, 114, 9487-9558; Chem. Rev. 2015, 115, 6265-6311；Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 5541-5588;Energy Environ. Sci. 2013, 6, 41-53）。基于这些特性，三维多孔材料已经在各个领域拥有广泛的应用，比如具有超高性能的电容器（Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2497-2504；ACS Nano 2013, 7, 9366-9374）、电致变色器件（Adv. Funct. Mater. 2015, 25,6900-6905）、光/电催化剂（ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 25693-25701; J.Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9082-9085; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 129, 1-7）以及储能材料（Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1700826-n/a）等等。特别是在光催化领域当中，三维多孔材料具有明显的优势，其高的比表面积能够有效吸收光，三维多孔结构避免材料合成过程中团聚和堆积，能有效暴露出更多的反应活性位点，提高材料的光催化性能。因此，设计和开发一种新型的三维多孔材料对未来太阳能的利用，光催化领域的发展尤为重要。

硼碳氮（BCN）是近年来新兴的一种非金属无机半导体材料，其结构与石墨烯，氮化硼相类似，已在气体吸附（J. Mater. Chem. A 2013, 1 (19), 5806−5821；ChemSusChem2011, 4 (11), 1662− 1670）、超级电容器（Solid State Commun. 2013, 175−176,43−50）、电化学传感器（Electroanalysis 2015, 27 (8), 1892−1898）以及锂离子电池（Chem.- Asian J. 2014, 9 (1), 100−103）等方面拥有广泛的应用。当前，对于硼碳氮（BCN）材料的报道，主要还是集中在一维（1D）结构，如硼碳氮纳米片（Nat. Commun., 2015, 6, 7698；Chem. Eur.J. 2016, 22, 7134-7140），二维（2D）结构，如硼碳氮纳米管（Chem. Commun.,2017, 53, 11988-11991; J. Am. Chem. Soc. 2007, 129(6), 1705−1716; J. Am.Chem. Soc. 2006, 128, 6530−6531）的报道，相应的三维多孔硼碳氮结构还鲜有报道。因此，开发一种绿色、便捷、可控的三维多孔硼碳氮材料的合成方法具有极其重要的意义。三维多孔硼碳氮材料在光电、催化、有机污染物光降解及吸附和储能等领域将显示出巨大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维多孔硼碳氮（3D-pBCN)材料的合成方法及其在光催化领域的。本发明成本低廉，工艺简单，条件可控，符合实际生产需求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

1) 以硼酸、尿素和淀粉为原材料按照质量比为1：2：5，加入氯化钠1~5 g和 5~10mL纯水，超声使其溶解并混合均匀。