[发明专利]一种高比表面高缩聚的石墨相氮化碳材料的制备方法

说明书

本发明属于无机材料领域，具体涉及一种高比表面高缩聚的石墨相氮化碳材料的制备方法。该材料以二氰二胺或三聚氰胺为前驱体，在熔盐辅助下，经焙烧、洗涤、过滤、干燥和二次焙烧等步骤得到高比表面积和高缩聚的g‑C₃N₄材料。该g‑C₃N₄材料的制备操作简单，材料兼具有高缩聚程度和较高的比表面积。

技术领域

本发明属于无机材料领域，具体涉及一种通过熔融盐辅助和二次焙烧合成具有高缩聚程度和较高比表面的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)材料的方法。

背景技术

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种具有类石墨层状结构的无金属材料。因其具有特殊的光学性质、半导体性质以及其它优良的理化性质，g-C₃N₄材料近年来在光催化、气体储存、燃料电池和热催化等领域表现出广阔的应用潜力。

从结构上而言，g-C₃N₄的母体结构是七嗪。该单元结构通过N原子桥联形成了平面结构，继而以范德华力π-π堆叠形成类石墨层状结构。

g-C₃N₄在光催化和热催化领域的催化活性与其材料的比表面和层内缩聚程度有着重要关联。一般而言，材料的比表面越大，在催化反应中能暴露更多的催化活性位，促进多相反应中反应物和产物的传质扩散。为了提高材料的比表面积和孔体积，近年来有很多文献报道通过硬模板法或软模板法合成介孔g-C₃N₄材料。尽管模板法能显著提高g-C₃N₄材料的比表面和孔体积，然而基本单元缩聚程度很低。在催化反应(特别是液相)中，寡聚的碎片单元很容易在反应体系中发生溶脱，最终造成催化剂无法多次重复使用。此外，硬模板法采用的氧化硅小球和介孔氧化硅为硬模板，后期需要HF或NH₄HF₂溶液除模板。该蚀刻过程不但费时，而且具有严重的F^-离子污染问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对目前合成的g-C₃N₄材料其缩聚程度低、比表面积低等问题。

为了解决上述问题，本发明采用二氰二胺或三聚氰胺与熔融盐共缩聚先合成了高缩聚的g-C₃N₄，再通过二次焙烧剥离得到高比表面的g-C₃N₄材料。

本发明所述的一种合成高比表面高缩聚的石墨相氮化碳材料的制备方法，是通过以下步骤实现的。

(1)将二氰二胺或三聚氰胺与金属氯化物熔盐混合，研磨均匀。在400℃条件下将该混合粉末焙烧4h，然后，在450–600℃条件下继续焙烧2–4h 得到黄色固体(熔盐和g-C₃N₄的混合物)；

其中，金属氯化物熔盐与二氰二胺或三聚氰胺的质量比为3–6：1。

(2)将上述黄色固体研磨后，和50质量份的水混合，加热至沸腾，继续搅拌2h。将过滤后的滤饼置于80–120℃烘箱中干燥，得到黄色固体(g-C₃N₄材料)；

(3)取1质量份的上述g-C₃N₄材料在525–575℃温度下二次焙烧2h，得到高比表面积、高缩聚的g-C₃N₄材料。