CN109761207B - 一种3d石墨相氮化碳材料及其制备方法 - Google Patents

一种3d石墨相氮化碳材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109761207B
CN109761207B CN201910090066.7A CN201910090066A CN109761207B CN 109761207 B CN109761207 B CN 109761207B CN 201910090066 A CN201910090066 A CN 201910090066A CN 109761207 B CN109761207 B CN 109761207B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ionic liquid
preparation
carbon nitride
oven
alkyl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910090066.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109761207A (zh
Inventor
姜德胜
严鹏程
徐丽
李赫楠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201910090066.7A priority Critical patent/CN109761207B/zh
Publication of CN109761207A publication Critical patent/CN109761207A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109761207B publication Critical patent/CN109761207B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明属于材料制备及光催化、光电催化技术领域,公开了一种3D石墨相氮化碳材料及其制备方法。离子液体1‑烷基‑3‑甲基咪唑卤素盐可以充当模板剂和分散剂,利用离子液体软模板法与煅烧水热后的前驱体相结合的方法成功的制备了3D球状氮化碳(CN)。3D球状CN比普通块状CN具有较小的禁带宽度,提高了对光的利用率,改善了其对光生电子‑空穴极易重结合,从而提高了CN的性能,拓宽了其应用范围。本发明以基本化工原料为起始原料制备高性能的催化剂,原料丰富、制备产量高、成本低廉、无毒无害、环境友好、过程简单,易于批量生产。

Description

一种3D石墨相氮化碳材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料制备及光催化、光电催化技术领域,涉及一种三维(3D)石墨相氮化碳材料的制备方法。
背景技术
石墨相氮化碳(CN)作为一种新型的聚合物半导体材料,具有环境友好、化学稳定性高、抗菌性好、可调控的带隙结构以及优异的光/电性能,引起了科研工作者的广泛关注。目前,因此,CN已广泛应用于光催化水裂解、光催化污染物降解、人工光合成和二氧化碳还原等。然而,其光生电子-空穴对的复合仍然十分严重,对光的利用率较低,这也限制其更广泛的应用。为了进一步提高CN的性能,科研工作者尝试了结构设计、元素掺杂、与其他元素形成异质结、造缺馅等策略。尤其是在CN的纳米结构设计方面,制备出多孔、分层、纳米片、纳米棒、纳米管和量子点等结构,这些已经被报道过着实增大了比表面积、提高了可见光吸收性能、促进了传质、暴露了更多的活性位点,从而改善了性能。根据调研发现,主要是通过硬模板和软模板来制备出这些独特的结构。相比之下,硬模板往往需要繁琐的合成步骤,且需要有毒化学物质去除模板。而软模板则不需要去除模板,也降低了生产的复杂度,进而降低了生产成本。到目前为止,用软模板制备的CN材料包括3D组装纳米结构、多孔纳米片、紫菜层状结构、蠕虫状多孔结构等。因此,可以推断通过离子液体卤素盐作为软模板构建3DCN是可行的。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D CN的制备方法,改善CN光生载流子易重结合、光利用率低的问题。其制备方法简单,成本低廉。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种3D CN的制备方法,具体按照以下步骤实施:
(1)称取三聚氰胺与离子液体1-烷基-3-甲基咪唑卤盐,将其放入聚四氟乙烯内衬反应釜中,加入去离子水,搅拌均匀后,移至烘箱中反应,离心收集,用无水乙醇、去离子水洗涤数次后,在烘箱中干燥,即可获得前驱体;
所述1-烷基-3-甲基咪唑卤盐的结构式为:
Figure BDA0001962993070000011
其中,R为乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、十二烷基、十四烷基、十六烷基中的一种,X为氯、溴或碘中的一种;
(2)将步骤(1)获得的前驱体,放入氧化铝坩埚中,盖上盖子,将其移至马弗炉中在空气氛围下以一定的升温速率升温到500-650℃,保持3-5h,即可获得3D石墨相氮化碳材料,即3D CN粉末。
步骤(1)中,三聚氰胺、离子液体1-烷基-3-甲基咪唑卤盐、去离子水的用量比例为2-3g:0.5-2mol:30-40mL。
步骤(1)中,烘箱中反应温度为160-200℃,反应时间为12-14h;烘箱中干燥的温度为40-80℃,干燥的时间为12-18h。
步骤(2)中,升温速率为1-5℃/min。
本发明的有益效果为:
(1)本发明利用离子液体1-烷基-3-甲基咪唑卤盐可以充当模板剂和分散剂,利用离子液体软模板法与煅烧水热后的前驱体相结合的方法成功的制备了3D球状CN。
(2)3D球状CN的禁带宽度小于普通块状CN,提高了对光的利用率,改善了其对光生电子-空穴极易重结合,从而提高了CN的性能。本发明中的离子液体作为软模板剂,免去了硬模板法中的繁琐步骤,避免了与有机毒性物质的接触,降低了生产成本。本发明方法,以基本化工原料为起始原料制备高性能的催化剂,原料丰富、制备产量高、成本低廉、无毒无害、环境友好。此外,本发明制备过程简单,易于批量生产。
附图说明
图1为3D CN材料的X射线衍射(XRD)图。
图2为3D CN材料的傅里叶红外谱(FT-IR)图。
图3为3D CN材料的扫描电镜(SEM)图,其中图a为3D CN的SEM图,图b为CN的SEM图。
图4为3D CN材料的固体紫外漫反射(DRS)图(a);对应的禁带宽度图(b)。
图5为3D CN材料在缓冲液中的光电流图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所使用的材料、试剂等如无特殊说明,均为从商业途径得到。
实施例1:
步骤1,前驱体的制备:
称取三聚氰胺3g与离子液体1-十六烷基-3-甲基咪唑溴盐0.5mol,将其放入干净的聚四氟乙烯内衬反应釜中,加入去离子水35mL。搅拌均匀后,移至烘箱中200℃反应12h。离心收集。用无水乙醇、去离子水洗涤数次后,在40℃烘箱中干燥12h,即可获得前驱体。
步骤2,3D CN的制备:
将步骤1获得的前驱体2g,放入氧化铝坩埚中,盖上盖子。将其移至马弗炉中在空气氛围下以2℃每分钟的速率升温到500℃,保持4h,即可获得3D CN粉末。
实施例2:
步骤1,前驱体的制备:
称取三聚氰胺4g与离子液体1-十六烷基-3-甲基咪唑氯盐1.0mol,将其放入干净的聚四氟乙烯内衬反应釜中,加入去离子水30mL。搅拌均匀后,移至烘箱中180℃反应12h。离心收集。用无水乙醇、去离子水洗涤数次后,在50℃烘箱中干燥8h,即可获得前驱体。
步骤2,3D CN的制备:
将步骤1获得的前驱体3g,放入氧化铝坩埚中,盖上盖子。将其移至马弗炉中在空气氛围下以2℃每分钟的速率升温到550℃,保持3h,即可获得3D CN粉末。
实施例3:
步骤1,前驱体的制备:
称取三聚氰胺2g与离子液体1-十六烷基-3-甲基咪唑溴盐2mol,将其放入干净的聚四氟乙烯内衬反应釜中,加入去离子水40mL。搅拌均匀后,移至烘箱中160℃反应14h。离心收集。用无水乙醇、去离子水洗涤数次后,在80℃烘箱中干燥18h,即可获得前驱体。
步骤2,3D CN的制备:
将步骤1获得的前驱体3g,放入氧化铝坩埚中,盖上盖子。将其移至马弗炉中在空气氛围下以3℃每分钟的速率升温到650℃,保持5h,即可获得3D CN粉末。
图1为3D CN材料的X射线衍射(XRD)图。从图中可以看出,3D CN和CN具有相同的衍射特征峰,表明二者晶相性质。其中,13.11°的特征峰对应于石墨相氮化碳的(100)晶面,的特征峰归属于(002)晶面。3D CN的特征峰强度明显弱于CN,其13.11°特征峰几乎消失,表明经过离子液体软模板法制备的3D CN厚度明显优于CN。
图2为3D CN材料的傅里叶红外谱(FT-IR)图。从图中可以看出,3D CN和CN的峰位置与峰形一致,表明具有相同的离子液体软模板法并没有破坏CN的主体结构。其中,位于810cm-1的特征峰归属于s-三嗪环的呼吸振动;900-1800cm-1处的一类峰属于C=N和C-N杂环的振动峰;3000-3600cm-1处的峰主要由N-H拉伸振动引起。
图3为3D CN材料的扫描电镜(SEM)图。其中图a为3D CN的SEM图,图b为CN的SEM图。从图a中可以看出纳米片被成功组装成球状结构,形成3D CN。图b显示CN是纳米片状结构。这表明离子液体1-十六烷基-3-甲基咪唑溴盐可以作为软模板剂制备3D球状CN。
图4为3D CN材料的固体紫外漫反射(DRS)图(a);对应的禁带宽度图(b)。从图a中可以看出不管在可见和紫外光区,3D CN比CN具有较强的吸收,此外,3D CN比CN显示出较窄的禁带宽度(图b)。这说明3D CN能更有效的利用光,产生更多的光生电子-空穴对,有利于光生电子与空穴的分离,使其具有较好的光电性能。
图5为3D CN材料在0.1mol/L磷酸盐缓冲液中的光电流图。光照射下,不同材料对光的响应不同,产生的光电流强度也不同。因此可以通过产生不同强度的光电流来说明不同材料光生载流子的分离能力。从图中可以看出,3D CN比CN具有更高的光电流值,这说明3DCN比CN具有较快的电荷转移能力,促进了光生电子与空穴的有效分离,从而具有更好的性能。

Claims (4)

1.一种3D石墨相氮化碳材料的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)称取三聚氰胺与离子液体1-烷基-3-甲基咪唑卤盐,将其放入聚四氟乙烯内衬反应釜中,加入去离子水,搅拌均匀后,移至烘箱中反应,离心收集,用无水乙醇、去离子水洗涤数次后,在烘箱中干燥,即可获得前驱体;
所述1-烷基-3-甲基咪唑卤盐的结构式为:
Figure FDA0001962993060000011
其中,R为乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、十二烷基、十四烷基、十六烷基中的一种,X为氯、溴或碘中的一种;
(2)将步骤(1)获得的前驱体,放入氧化铝坩埚中,盖上盖子,将其移至马弗炉中在空气氛围下以一定的升温速率升温到500-650℃,保持3-5h,即可获得3D石墨相氮化碳材料,即3D CN粉末。
2.如权利要求1所述的一种3D石墨相氮化碳材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,三聚氰胺、离子液体1-烷基-3-甲基咪唑卤盐、去离子水的用量比例为2-3g:0.5-2mol:30-40mL。
3.如权利要求1所述的一种3D石墨相氮化碳材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,烘箱中反应温度为160-200℃,反应时间为12-14h;烘箱中干燥的温度为40-80℃,干燥的时间为12-18h。
4.如权利要求1所述的一种3D石墨相氮化碳材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,升温速率为1-5℃/min。
CN201910090066.7A 2019-01-30 2019-01-30 一种3d石墨相氮化碳材料及其制备方法 Active CN109761207B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910090066.7A CN109761207B (zh) 2019-01-30 2019-01-30 一种3d石墨相氮化碳材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910090066.7A CN109761207B (zh) 2019-01-30 2019-01-30 一种3d石墨相氮化碳材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109761207A CN109761207A (zh) 2019-05-17
CN109761207B true CN109761207B (zh) 2022-06-21

Family

ID=66455867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910090066.7A Active CN109761207B (zh) 2019-01-30 2019-01-30 一种3d石墨相氮化碳材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109761207B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111715260A (zh) * 2020-06-29 2020-09-29 江苏大学 表面氰基修饰氮化碳纳米管光催化剂及其制备方法
CN112023973A (zh) * 2020-09-10 2020-12-04 北京科技大学 一种具有高光催化效率的g-C3N4及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103214878A (zh) * 2013-04-02 2013-07-24 江苏大学 一种石墨型氮化碳-离子液体复合材料及其制备方法
CN103272639A (zh) * 2013-06-09 2013-09-04 福州大学 一种共聚合改性的石墨相氮化碳纳米片可见光催化剂
CN103752334A (zh) * 2014-01-27 2014-04-30 福州大学 离子液体促进合成石墨相氮化碳纳米片可见光催化剂
CN104475153A (zh) * 2014-12-05 2015-04-01 复旦大学 功能性离子液体修饰的石墨型c3n4催化材料及其制备方法和应用
CN108620125A (zh) * 2018-04-26 2018-10-09 江南大学 一种具有高催化降解活性的氮化碳复合物的制法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105126893B (zh) * 2015-08-31 2017-10-13 中国科学院过程工程研究所 一种石墨相氮化碳材料、其制备方法和用途
JP6774643B2 (ja) * 2016-06-14 2020-10-28 株式会社豊田中央研究所 カーボンナイトライドナノシート複合体の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103214878A (zh) * 2013-04-02 2013-07-24 江苏大学 一种石墨型氮化碳-离子液体复合材料及其制备方法
CN103272639A (zh) * 2013-06-09 2013-09-04 福州大学 一种共聚合改性的石墨相氮化碳纳米片可见光催化剂
CN103752334A (zh) * 2014-01-27 2014-04-30 福州大学 离子液体促进合成石墨相氮化碳纳米片可见光催化剂
CN104475153A (zh) * 2014-12-05 2015-04-01 复旦大学 功能性离子液体修饰的石墨型c3n4催化材料及其制备方法和应用
CN108620125A (zh) * 2018-04-26 2018-10-09 江南大学 一种具有高催化降解活性的氮化碳复合物的制法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Boron- and Fluorine-Containing Mesoporous Carbon Nitride Polymers: Metal-Free Catalysts for Cyclohexane Oxidation;Yong Wang;《Mesoporous Materials》;20100420;第49卷;第3356-3359页 *
Ionic liquid-assisted synthesis of Br-modified g-C3N4 semiconductors with high surface area and highly porous structure for photoredox water splitting;Shuo Zhao;《Journal of Power Sources》;20171014;第370卷;摘要,第107页右栏实验部分,第110页右栏第1段,图2,图6 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109761207A (zh) 2019-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shu et al. A green one-pot approach for mesoporous g-C3N4 nanosheets with in situ sodium doping for enhanced photocatalytic hydrogen evolution
CN103877966B (zh) 一种异质结构光催化剂的制备方法
CN107837816B (zh) Fe2O3/g-C3N4复合体系及制备方法和应用
CN106925304B (zh) Bi24O31Br10/ZnO复合可见光催化剂及其制备方法
CN113426470A (zh) 一种钾、氯、碘共掺杂氮化碳及其制备方法、光催化制备过氧化氢的方法
CN104209136A (zh) TiO2/多孔g-C3N4复合材料的制备方法
CN109046425A (zh) 一种MOF基衍生的复合光催化剂TiO2/g-C3N4的制备方法
CN102531050A (zh) 制备TiO2(B)纳米线的方法及制得的TiO2(B)纳米线的用途
CN111085238A (zh) 含氮缺陷的中空管状石墨相氮化碳光催化剂及其制法和应用
CN102774883A (zh) 一种金红石型二氧化钛纳米线薄膜及其制备方法和用途
CN107098429B (zh) 一种BiVO4/BiPO4复合材料及其制备方法和应用
CN112007632B (zh) 一种花状SnO2/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法
CN113318764A (zh) 一种氮缺陷/硼掺杂的管状氮化碳光催化剂的制备方法及应用
CN110548534A (zh) 一种氨基修饰片状氮化碳光催化材料的制备方法
CN109761207B (zh) 一种3d石墨相氮化碳材料及其制备方法
CN106693996B (zh) 硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的制备方法及其应用
CN107051545A (zh) 一种纳米二氧化钛/硫化铜纳米复合材料
CN111185210B (zh) 二碳化三钛/二氧化钛/黑磷纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用
CN105772738A (zh) 氮化碳复合材料及其制备方法和应用
CN107983386B (zh) 一种超薄BiOCl/氮掺杂石墨烯量子点复合光催化剂及制备方法
CN113134381A (zh) Bi4O5I2/氮化碳硼量子点光催化材料及其制备方法和应用
CN111974432A (zh) 一种氧掺杂石墨相氮化碳-硫化镉复合材料的制备方法
CN103833080B (zh) 一种钼酸镉多孔球的制备方法
CN108654663B (zh) 一种混合硝酸盐熔盐法制备硼氮共掺杂单晶介孔TiO2催化材料的方法
CN103466688B (zh) 一种制备ZnS纳米片的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant