[发明专利]大比表面积石墨相氮化碳的制备方法

说明书

本发明属可见光催化材料领域，具体涉及一种利用前驱体熔点低和在焙烧过程中低温热处理前驱体制备大比表面积石墨相氮化碳材料的方法，包括如下步骤：（1）将含氮前驱体放入三口烧瓶中，待油浴锅温度达到含氮前驱体熔点之后，将装有含氮前驱体的三口烧瓶放入其中，加热搅拌使含氮前驱体至熔融态；（2）加热保持熔融态，取出三口烧瓶，将熔融态的含氮前驱体在室温下冷却结晶；（3）将结晶后的含氮前驱体研磨成粉末状，放入坩埚中，将坩埚放入马弗炉中程序升温，之后再在空气氛围下进行焙烧，即得目标产物。本发明工艺简单，绿色环保，成本低廉，目标产物纯度高，具有较高催化性能。

技术领域

本发明属可见光催化材料领域，具体涉及一种利用前驱体熔点低和在焙烧过程中低温热处理前驱体制备大比表面积石墨相氮化碳材料的方法。

背景技术

当前人类社会面临着环境污染和能源危机这两大棘手的问题，大量的研究一直致力于开发绿色高效的半导体光催化剂，用来光催化分解水产氢，降解水中和气相中的污染物，以解决环境能源问题。其中作为可见光催化技术的核心就是探索开发一种绿色友好，廉价易得，性能高效优异的可见光催化剂。

近年来，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其具有较好的热稳定性和化学稳定性，独特的能带结构，且前驱体来源广泛，制备过程简单绿色的特点，在光解水制氢，光降解有机污染物和二氧化碳还原等方面受到广泛关注。但是石墨相氮化碳作为一种半导体光催化剂材料还存在着一些缺陷，例如：体相石墨相氮化碳比表面积小(<10m²/g)，禁带宽度大，光生电子-空穴对易复合限制了石墨相氮化碳性能的利用。

目前，制备石墨相氮化碳的方法通常是对含氮量高的前驱体如：单氰胺，双氰胺，三聚氰胺等化合物进行焙烧。因为在焙烧过程中，反应过程不易控制，对g-C₃N₄微结构调控困难，分子自聚合后为层间堆积的致密块状，导致合成的石墨相氮化碳比表面积通常小于10 m²/g，降低了光催化性能。而提高石墨相氮化碳的比表面积，可以为石墨相氮化碳提供更多的表面活性位点，使光生载流子的传递扩散距离缩小，进而提高催化效率。目前提高石墨相氮化碳比表面积的方法主要有硬模板法，软模版法，前驱体预处理法。硬模板法一般以SBA-15为模板剂，该技术可以控制石墨相氮化碳尺寸形貌，得到介孔结构可以使石墨相氮化碳比表面积达到145m²/g。但是该技术需要HF,NH₄HF₂等模板剂进行刻蚀，该过程操作复杂且易挥发和腐蚀性强的HF,NH₄HF₂模板剂也不符合绿色化学的要求。软模版剂主要是利用表面活性剂自组装的方法合成有序介孔石墨相氮化碳,它强调有机相与无机相之间的化学匹配，制备出的多孔石墨相氮化碳比表面积为84m²/g，虽然该方法操作简单，但是由于g-C₃N₄的CN结构在高温下会延伸，g-C₃N₄的冷凝温度明显高于软模版的分解温度，过早的去除掉软模版又会使孔发生闭合，对比表面积改善有限。而像利用浓硫酸或者浓盐酸进行前驱体预处理，虽然得到了大比表面积的多孔石墨相氮化碳，但是浓酸的使用还是会产生一定的安全隐患。而最具代表的无模板剂湿化学法制备的纳米棒，纳米锥以及介孔氮化碳四棱柱等多种不同形态的催化剂中，比表面积最大的为62.14m²/g。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种工艺简单，绿色环保，成本低廉，适合规模化生产，具有较高催化性能的大比表面积石墨相氮化碳的制备方法。本发明可有效地避免制备过程中杂质引入所造成的石墨相氮化碳结构缺陷和环境污染。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种大比表面积石墨相氮化碳的制备方法，包括如下步骤：