[发明专利]一种掺杂石墨状氮化碳材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂石墨状氮化碳材料的制备方法；采用具有升华或低沸点特性的金属有机物(如乙酰丙酮配合物、双(2,2,6,6‑四甲基‑3,5‑庚二酮)化铜、双(六氟乙酰丙酮)合铜、二茂铁，甲酸铜、金属羰基化合物)在石墨状氮化碳富氮前驱体的缩聚过程进行金属离子与阴离子气相共掺杂调控；加热缩聚过程中，金属有机盐和石墨状氮化碳的前驱体分区，控制压力为0.1‑20MPa，升温速率为1‑30℃/min，在450‑600℃下保温2‑6h,即得所述石墨状氮化碳。本方法基于气相共掺杂方法，可高效、快速得到多级孔结构的掺杂后石墨状氮化碳；所得材料对水的光催化分解和有机物的催化降解具有很高的活性。

技术领域

本发明涉及石墨相氮化碳的制备，具体涉及一种基于升华特性的金属有机盐气相掺杂，调控改性石墨状氮化碳材料的一步制备方法，用于光催化技术分解水制氢、光催化分解有机污染物如VOC、S-VOC中的领域。

背景技术

当今社会，在寻求可再生能源的众多途径中，光催化技术被认为是一种最有前途的将太阳光能转化为氢能的技术之一，也为解决环境问题提供了可行的思路。石墨状氮化碳作为一种非金属n型半导体多聚物，拥有众多优良的电学、光学及物化性质。以石墨状氮化碳为基础的光催化剂越来越受到关注。

当前围绕石墨状氮化碳材料的改性主要体现在表面敏化、异质结构建、缺陷构建、孔道设计等方面。而具体的制备方法又体现为溶剂热方法、化学气相沉积、电化学沉积、热缩聚等方法。这其中热缩聚法利用热解富氮有机物，通过前驱体自身的缩聚过程来制备石墨状氮化碳，反应过程简单、直接、成本低，对环境污染小。

但传统热解富氮有机物制备得到的石墨状氮化碳材料的比表面积小，光催化活性低，在近红外区域几乎没有光催化活性。

而现有的制备掺杂改性的石墨状氮化碳材料的方法，往往步骤比较复杂，并且很难实现金属阳离子与阴离子的共掺杂调控，限制了掺杂改性的石墨状氮化碳材料的性能。如专利CN105214709B中提及的双金属离子掺杂石墨状氮化碳材料，需要溶解、搅拌、烘干、研磨混合等一系列复杂的步骤，且未能实现金属阳离子与阴离子的共掺杂调控。又如专利CN103301867A中提及的无机离子掺杂的氮化碳光催化剂制备方法，制备过程也较为繁琐，也只考虑了特定离子的掺杂，未能实现金属阳离子与阴离子的共掺杂调控。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种可实现环境净化和太阳能化学能转换的改性石墨状氮化碳光催化材料(或称，掺杂石墨状氮化碳材料)的一步制备方法。制备时，在富氮有机物前驱体液相缩聚的过程中，具有升华或低沸点特性的有机金属盐气相分解、升华扩散的产物，可以对形成的石墨状氮化碳材料进行金属阳离子与阴离子的气相共掺杂调控，进而提升制备的石墨状氮化碳材料的光催化活性。本发明的方法简单、方便、快速，制备得到的金属和阴离子共改性的石墨相氮化碳具有较高的光催化活性，在近红外区域也具有较高的光量子效率，能够被用于光解水制氢以及降解有机污染物，如VOC,SVOC等领域。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种改性石墨状氮化碳的制备方法；所述方法包括：以具有升华或低沸点特性的有机金属盐作为气相掺杂剂，在石墨状氮化碳富氮前驱体的加热缩聚过程进行金属阳离子与有机阴离子气相共掺杂调控；所述加热缩聚是在反应压力为0.1-20MPa的条件下，以1-30℃/min的升温速率升温至450-600℃保温2-6h；所述加热缩聚过程中，有机金属盐和石墨状氮化碳富氮前驱体分区加热。

在上述方法中，控制升温速率为1-30℃/min。升温速率过高，如超过30℃/min会降低所得的改性石墨相氮化碳材料的结晶度，而升温速率过低，如低于1℃/min会降低所得的改性石墨相氮化碳材料的产率。

控制温度为450-600℃。控制温度过低，如低于450℃，无法形成所需的石墨状氮化碳结构，控制温度过高，如高于600℃，由于热稳定性原因，改性的石墨状氮化碳的结构会被破坏