[发明专利]一种富氨基类石墨氮化碳及其制备方法

说明书

本发明涉及一种富氨基类石墨氮化碳及其制备方法，制备方法为：首先将原料以一定升温速率加热到300～400℃并保温，然后以同样的升温速率将温度升至400～500℃并保温，最后再以相同的速率将温度提升到500～600℃并保温，所得产物即为富氨基类石墨氮化碳；原料为氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素及盐酸胍的一种以上。富氨基类石墨氮化碳的氮元素含量为66～68wt％，其化学结构上富含氨基，XRD检测得到富氨基类石墨氮化碳含有石墨状的结构，另外富氨基类石墨氮化碳的5wt％热失重温度大于等于580℃。本发明制备方法工艺简单，产物富含氨基，利于类石墨氮化碳的进一步改性，拓宽类石墨氮化碳的应用范围。

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，涉及一种富氨基类石墨氮化碳及其制备方法。

背景技术

类石墨氮化碳是近年兴起的热门新材料，其拥有无金属光催化，可见光响应，热稳定性高等诸多优点。理论上，纯氮化碳中不含有氨基，其氮元素含量为60.8wt％。

类石墨氮化碳的制备方法，按照所用方法不同，分为两类，一种是以四氯化碳和乙二胺为前驱体，以介孔氧化硅为硬模板，经过纳米铸造法制得，这种方法制得的氮化碳，C、N比远大于理论上的0.75，多为3～5之间，富含C元素，目前这种方法已不作为主流制备氮化碳的方法。

另一种方法则是将氰胺等在空气或氮气中直接加热到500～600℃并保温的方法制得，这种方法制得的类石墨氮化碳，由于加热过程迅速，导致空气中氧气的热氧化作用十分明显，使得原有氨基被大量氧化，最终氮化碳产物中氨基含量少，这样就使得难以进一步对其改性，增加其特殊功能，限制了它的应用范围。如文献1(层状石墨相g-C3N4氮化碳的简易制备和表征，四川理工学院化学与制药工程学院，自贡643000)中，将三聚氰胺加热到高温，制备类石墨氮化碳，经表征，其制备的类石墨氮化碳中氨基含量少，氮元素质量分数计在61～62wt％左右，尤其是加热温度超过500℃时，较纯氮化碳只多了0.1～1.2wt％。

因此，研究一种工艺简单且产物富含氨基的类石墨氮化碳及其制备方法成为目前亟待需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷，提供一种工艺简单且产物富含氨基的富氨基类石墨氮化碳及其制备方法。本发明的一种富氨基类石墨氮化碳及其制备方法采用分段加热的方式，可以使反应充分进行，更为重要的是可以保持平稳加热，降低反应时的热氧化程度，避免了氨基的大量氧化，提高了其化学结构上氨基的含量，有利于对其进一步改性，其应用范围进一步扩大，增加了其特殊功效，极具应用前景。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种富氨基类石墨氮化碳的制备方法，其步骤如下：

1)先将原料加热到300～400℃并保温；此时原料初步反应形成三嗪环结构，此阶段温度设置在此范围内的原因是温度超过400℃，反应不完全，氨基热氧化明显，温度低于300℃时，反应不会发生。

2)然后将温度升至400～500℃并保温；此时反应物开始部分聚合，形成低聚物，此阶段温度设置在此范围内的原因是温度高于400摄氏度时，才能明显开始形成低聚物，在没有充分低聚时，温度过高则会导致大量升华，产率低。

3)再将温度升至500～600℃并保温；反应物重排形成以N原子为桥原子，相互连接的三-均三嗪结构网络，此阶段温度设置在此范围内的原因是只有温度高于520℃时，重排反应才会明显发生，高于600℃时，产物结构开始分解。

4)最终收集产物即为富氨基类石墨氮化碳；

所述原料为氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素及盐酸胍的一种以上。

作为优选的技术方案：