[发明专利]一种宽光谱响应介孔氮化碳的制备方法

说明书

本发明涉及一种宽光谱响应介孔氮化碳的制备方法，本发明以尿素为氮化碳的前驱体，以葡萄糖为掺杂剂，通过溶液直接快速加热的方式得到光学性质可调，具有介孔结构的氮化碳材料。将尿素和葡萄糖溶解在水中，通过改变尿素和葡萄糖的配比，在溶液直接快速加热的条件下，可以得到不同光学性质的块状介孔氮化碳，通过研磨可以得到氮化碳的粉末。通常氮化碳介孔结构需要用到模板，后续需要用到强酸来刻蚀，对环境不友好。本发明原料价格低廉，反应条件温和，不需要高压或真空，不需要强酸、对环境友好。所得的氮化碳为介孔结构的片状结构，同时具有可调的光学性质，吸收波长在460纳米到1000纳米范围内可调。本发明制备的宽光谱响应的介孔氮化碳可应用于光电催化、化学传感、光电器件等领域。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种宽光谱响应介孔氮化碳的制备方法。

背景技术

石墨相氮化碳(g-C₃N4)具有价格低廉，无毒，物理、化学性质稳定和相对较高的光催化活性等优点，是一种较为理想的光催化剂。在光催化产氢、产过氧化氢、二氧化碳还原、催化有机反应、光电传感、污水治理和环境保护方面有着广泛的应用。

传统的g-C₃N₄的禁带宽度约为2.7eV，可吸收波长≦460nm的可见光，而且其比表面积低、光生载流子复合快、导电性差，因此一定程度上限制了 g-C3N4的实际应用。为此，一系列方法，例如：形貌、结构调控，掺杂或共价修饰，与其它半导体材料复合构筑异质结等，被相继报道，以提高g-C3N4的光催化活性。但是这些方法在烧结氮化碳时，用到氮源材料和碳源材料，通常采取研磨混匀，这样不能保证混均匀；同时如果采用溶液混合，通常会旋转蒸发或者冷冻干燥，操作非常耗时。通常采取的方法在拓展光谱响应范围的同时，很少改变氮化碳的形貌结构。制备介孔氮化碳材料通常采取模板的方法，后续需要用到氢氟酸刻蚀，操作危险，而且污染环境。因此，开发一类稳定性好，无污染、可见光响应范围宽、新型介孔氮化碳材料成为了光催化及材料领域的一项重要挑战。

发明内容

本发明的目的在于克服传统氮化碳可吸收460 nm波长以下的光的难点，提供一种具有良好可见的宽光谱响应介孔氮化碳的制备方法。本发明以反应条件温和、无环境污染、低成本的尿素为前驱体，通过溶液直接快速加热条件下可制备具有介孔的氮化碳，调整尿素和葡萄糖的不同配比，来调节氮化碳可以吸收不同波长的光。

本发明提出的一种宽光谱响应介孔氮化碳的制备方法，具体步骤如下：

（1）将葡萄糖加入含有尿素的水溶液中，混合均匀后，在溶液直接快速加热条件下反应，得到氮化碳的块状固体；

（2）将步骤（1）得到的块状氮化碳放在研钵里面进行研磨，得到均匀的粉末状氮化碳材料；

本发明中，步骤（1）所述尿素浓度为0.1-18摩尔/升，葡萄糖的质量分数为尿素的质量的0-0.01。

本发明中，步骤（１）溶液直接快速加热条件的为先在200-300℃快速反应10-20分钟, 然后以2-10℃/分钟升温到400-600℃，加热反应时间为2-5小时。

本发明中，步骤（1）所述加热条件为空气一种。

本发明的有益效果在于：针对现有技术存在的不足，本发明人经过长期的实践与研究，提出了本发明的技术方案，该方案可实现宽光谱响应的介孔氮化碳的低成本、无污染、大规模制备，并且结构和性能可控。在本发明的技术路线中，无需冻干、旋转蒸发等耗时的反应条件，解决了宽光谱响应的介孔氮化碳规模化制备和结构调控的关键问题，为实现氮化碳在催化、传感、光电等领域的应用提供了一种有效途径。本发明制备的介孔氮化碳能应用于生物、光催化、光电材料等领域。所得的氮化碳为介孔结构的片状结构，同时具有可调的光学性质，吸收波长在460纳米到1000纳米范围内可调。本发明方法具有操作简单、成本低、无污染等优势，适合大规模生产和工业化应用。

附图说明