[发明专利]一种由尿素可控制备二维有机碳氮的方法

说明书

本发明属于二维有机材料制备技术领域，提供了一种由尿素可控制备二维有机碳氮的方法，包括以下步骤：(1)前驱体制备；(2)有机碳氮材料制备；(3)产物后处理，此外还可以进一步地对得到的有机碳氮材料进行不同形貌的制备。本发明具有简单直接，对环境无毒无害的特点，制备出的二维有机碳氮材料具有极好的光催化性能。

技术领域

本发明涉及一种由尿素可控制备二维有机碳氮的方法，属于二维有机材料制备技术领域。

背景技术

二维材料，可分为无机二维材料和有机二维材料。如无机二维材料有石墨烯，六方氮化硼纳米片和二硫化钼纳米片等，由于它们具有优良的物理和化学性质而引起研究者的广泛关注，研究表明它们在电子、激光、生物、催化、机械等方面具有广阔的应用前景。而有机二维材料，如有机MOF等，它们既有二维材料的物理特性(如导电)，也包含有机材料的柔性，具有应用于新型能源材料(如柔性超电)的潜力。近年来，研究者对有机二维材料的研究越来越多，各种新型的二维有机材料被陆续发现，研究表明它们在能源、环保、催化等方面具有很广的应用前景。

提到二维碳氮材料，大家通常想到是二维无机碳氮材料，它已经被应用于了高效光解水制氢、超级电容和锂离子电池等领域。但是，有机的二维碳氮材料目前还没有其他人研究，如果制备出有机的二维碳氮材料，它能够很好地调控下一步无机碳氮材料的形貌。从目前的研究成果可以看出，各种维度的无机碳氮材料具有非常好的光催化解水制氢性能。(见参考文献S.Cao,J.Low,J. Yu,M.Jaroniec,Adv.Mater.2015,27,2150；X.H.Li,J.S.Zhang,X. F.Chen,A.Fischer,A.Thomas,M.Antonietti,and X.C.Wang,Chem.Mater.2011,23,4344；G.G.Liu,T.Wang,H.B.Zhang,X.G.Meng,D.Hao,K. Chang,P.Li,T.Kako andJ.H.Ye,Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,13561； Q.H.Liang,Z.Li,X.L.Yu,Z.H.Huang,F.Y.Kang and Q.H.Yang, Adv.Mater.2015,27,4634.)

此外，工业生产的尿素严重过剩，农耕土地用不了大量的尿素，放置过久尿素就会失效，还会污染环境。为了更好的解决这个问题，本发明将会以尿素为研究对象，通过化学反应由尿素制备出一种二维有机碳氮材料，其不仅在研究领域具有较高的研究价值，而且在应用领域也具有较高的研究价值。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种简单、有效地由尿素可控制备二维有机碳氮材料的方法，该方法得到的有机碳氮材料具有高附加值。

本发明提供的一种由尿素可控制备二维有机碳氮的方法包括以下步骤：

(1)前驱体制备：将尿素粉末和蒸馏水按1：50～1：200的比例均匀混合，形成分散溶液，在室温下进行超声磁力搅拌2～60min；

(2)有机碳氮材料制备：将步骤(1)获得的前驱体溶液于高压反应釜中在 100～220℃下，反应6～36小时，然后自然冷却，其中高压反应釜衬里为聚四氟乙烯，外壁为不锈钢；

(3)产物后处理：将步骤(2)所得到产物过滤后，取沉淀依次用无水酒精和蒸馏水冲洗2～5次，直至无杂质泡沫，最后放在50℃～80℃真空干燥中干燥24小时。上述尿素可以替换为三聚氰胺或者双氰胺，或者三者中任意两者的混合物，或者三者的混合物。

另外，上述方法还可以包括步骤(4)有机碳氮材料不同形貌的制备：将步骤(3)所得的有机碳氮材料于真空管式炉中，在氮气保护气氛下，加热到300℃以上，保温0～2.5h。

上述步骤(4)中不同形貌与加热温度和保温时间的对应关系见下表：

表1有机碳氮材料热处理所得形貌与加热温度、保温时间对应表：