[发明专利]一种氮化碳纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米管状氮化碳材料的制备方法及所得氮化碳纳米管，属于半导体材料制备技术领域。

背景技术

氮化碳是一种较窄禁带(禁带宽度为2.7eV)的半导体材料，并且其载流子复合速率较高。类石墨氮化碳具有化学性质稳定、易制备等优点，以及有机、无毒、能够在可见光范围响应等特点，使它成为一种新型光催化剂，在光催化降解有机污染物以及光催化产氢等领域受到广泛关注，使其在电子、光学、生物等很多领域得到广泛的应用。

氮化碳纳米管是一种特殊形貌的氮化碳，其具有表面光滑、尺寸均匀的优点。目前，制备氮化碳的方法有很多，总体上可分为：高温高压合成法、物理化学气相沉积法、化学沉积法、高温聚合法、模板法等等。这些方法中，高温高压合成法、物理化学气相沉积法、化学沉积法、高温聚合法所得氮化碳的形貌有限，所得产品大多为片状形貌，很难制备纳米管状的氮化碳，而模板法因为模板形貌的多样性，可以制备出不同形貌且结晶性较高的氮化碳纳米材料，也可以制备出纳米管状氮化碳，因此模板法在制备石墨化氮化碳过程中有广泛的应用前景。但是，目前公开的模板法制备氮化碳纳米管具有尺寸较大、依赖性较大等不足，因此寻找克服这些不足的模板法具有很好的研究价值。

发明内容

本发明针对模板法制备氮化碳的不足，提供了一种氮化碳纳米管的制备方法及所得氮化碳纳米管，该方法工艺简单，所得氮化碳为纳米管状，结晶性好。

本发明具体技术方案如下：

一种氮化碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：

（1）将乙醇和水混合，加入氨水，搅拌均匀得溶液，然后向该溶液中加入正硅酸乙酯，使正硅酸乙酯水解为二氧化硅，离心、洗涤，得到二氧化硅球；

（2）将二氧化硅球分散到水中，用（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷（MPS）进行修饰，得到（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷修饰的SiO₂球；

（3）将（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷(MPS)修饰的SiO₂球分散到水中，然后加入三聚氰胺，搅拌均匀后离心，得三聚氰胺包覆的SiO₂球；

（4）将步骤（3）的产物进行煅烧，使三聚氰胺完全分解，得到氮化碳包覆的二氧化硅球；

（5）将氮化碳包覆的二氧化硅球用质量分数为5%～10%的氢氟酸水溶液进行刻蚀，除掉二氧化硅球，得氮化碳纳米管。

上述制备方法中，如无特别说明，均在室温下进行。

上述步骤（1）中，氨水的浓度为25wt%时，乙醇、水、25wt%氨水与正硅酸乙酯的体积比为10:1:0.3:0.08~0.2。

上述步骤（1）中，加入氨水后，搅拌30min，加入正硅酸乙酯后，搅拌2-8h。

上述步骤（2）中，用MPS对SiO₂球进行修饰，修饰的作用是使SiO₂球表面链接巯基，有利于三聚氰胺包覆在二氧化硅球上，从而使煅烧后形成的氮化碳包覆到SiO₂球表面更容易实现，若不修饰，很难实现氮化碳包覆SiO₂球，继而刻蚀后也很难得到氮化碳纳米管。（3-巯基丙基）三甲基氧硅烷（MPS）的用量满足：正硅酸乙酯与MPS的体积比为400：1~1000:1。

上述步骤（2）中，所以（3-巯基丙基）三甲基氧硅烷为液体。

上述步骤（2）中，二氧化硅球分散到水中后，加入（3-巯基丙基）三甲基氧硅烷，然后搅拌1-3天，使MPS对二氧化硅球进行修饰。

上述步骤（3）中，用三聚氰胺对MPS修饰的SiO₂球进行包覆，MPS修饰的SiO₂球与三聚氰胺的质量比为1：10~1：15。

上述步骤(3)中，加入三聚氰胺后，搅拌反应10-12小时。在此时间范围内，球与三聚氰胺分散性更好，三聚氰胺能够更为均匀的进行包覆。

上述步骤(4)中，三聚氰胺包覆后，采用煅烧的方式处理包覆后的SiO₂球，使三聚氰胺分解为氮化碳，并除去其他有机成分（例如MPS），煅烧温度为550-600℃。

上述步骤(4)中，煅烧在惰性气体保护下进行。

上述步骤(4)中，煅烧时的升温速率优选为5℃/min。

上述步骤(4)中，煅烧时间为1-4h。