[发明专利]一种氮化碳纳米颗粒的制备方法及所得产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化碳纳米颗粒的制备方法，还涉及按此方法制得的氮化碳纳米颗粒，所得纳米颗粒尺寸下，在紫外光激发下具有发光特性，属于半导体材料制备技术领域。

背景技术

类石墨化氮化碳被认为是室温下稳定的有机聚合物半导体材料。类石墨氮化碳的基本结构单位是由CN的sp²杂化组成嗪环（C₆N₇），环与环之间通过末端的N原子链接，形成了π共轭平面，因此，这种特殊化学结构使它成为禁带宽度为2.67eV的窄带隙半导体材料，载流子复合速率较高，具有稳定的化学性质、易制备，并且无毒、在可见光范围响应等优点，使它在光催化、电子、光学、生物等很多领域具有广阔的应用前景。

目前，制备纳米石墨化氮化碳的方法很多，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。其中利用高温聚合法制备的多为块体的氮化碳，形貌单一，在光催化等方面应用都受到阻碍。模板法能够制备不同形貌的氮化碳，但过程较复杂，条件控制苛刻，难以实现大规模制备及应用。因为小尺寸的石墨化氮化碳纳米材料具有量子尺寸效应，具有可以发光，以及良好的生物相容性和无毒性的特点，在生物细胞内荧光成像及生物传感等方面具有很好的应用，尺寸小且薄的石墨化氮化碳纳米材料还能有效提高材料的比表面积，使其在光催化及催化方面有较好的研究前景，因此小尺寸石墨化氮化碳纳米材料的合成受到广泛的研究，但是目前还没有简单、高效的小尺寸石墨化氮化碳纳米材料的制备方法报道。

发明内容

本发明提供了一种有机碳基半导纳米颗粒，即石墨化氮化碳纳米颗粒的制备方法，该方法常温常压下即可实现，工艺简单，产量较大，重复性很好，克服了制备程序复杂、成本高等不足，产物尺寸小且薄，在应用上更有优势。

本发明还提供了按照该方法制得的氮化碳纳米颗粒，所述氮化碳颗粒为扁平状的纳米颗粒，尺寸小，较薄，分散性较好，不易团聚。

本发明具体技术方案如下：

一种氮化碳纳米颗粒的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将三聚氰胺在惰性气氛下煅烧，得块状氮化碳，将氮化碳研磨成粉末，备用；

（2）将氮化碳粉末分散在强酸溶液中，搅拌2~4h，然后离心、洗涤，得氮化碳湿粉；

（3）将氮化碳湿粉分散到碱性溶液中，超声分散后搅拌6-10h或者密闭环境下水热反应10h，然后离心、洗涤，得产物；

（4）将步骤(3)得到的产物分散在水中，超声处理5~10h，然后以8000rpm~10000rpm的速率离心，去掉沉淀，得到氮化碳纳米颗粒的水溶液，将此水溶液在大于10000rpm的的速率下继续离心，所得沉淀烘干，得氮化碳纳米颗粒。

本发明将氮化碳细粉末经过酸、碱、超声处理，通过它们的配合使氮化碳粉末的尺寸大大减小，并且厚度也得到减薄，最后通过二次离心，得到尺寸小的纳米颗粒。

进一步的，三聚氰胺以5~10℃/min的升温速率加热至550~600℃进行煅烧，煅烧时间为2h，煅烧后自然冷却，即可得到块状氮化碳。

上述制备方法中，块状的氮化碳先用研钵研磨成粉，然后加入强酸中进行初步的减小减薄，所述强酸为浓硫酸或浓硝酸，或者为浓硫酸与浓硝酸的混合物。当选择浓硫酸与浓硝酸的混合物时，浓硫酸与浓硝酸的体积比为1:2~2:1。在本发明的具体实施方式中，浓硫酸的浓度在18mol/L，浓硝酸的浓度在16mol/L。

上述制备方法中，强酸处理后，将氮化碳再放入碱性溶液中处理，碱性溶液一方面可以中和残余的氢离子，另一方面也进一步对氮化碳进行减小和减薄。所用碱性溶液为20~40wt%的氨水或5~10mol/L的氢氧化钠溶液。

上述步骤（3）中，超声在常温下进行，超声时间为1.5h以上，例如2-3h，超声后在常温下搅拌6-10h。

上述步骤（3）中，水热反应的温度为100-120℃。

上述步骤（2）和（3）中，所用的强酸溶液和碱性溶液与氮化碳相比都是过量的。

经过酸处理和碱处理后，氮化碳再分散到水中进行超声处理，超声在常温下进行，时间为5~10h。由于水与氮化碳表面能相似，易形成氢键，因此在水中进行长时间的超声能使水将氮化碳进行剥层，使其厚度进一步变薄。

上述步骤(4)中，超声处理后，以8000rpm~10000rpm的速率离心分离出上清液，上清液中即含有氮化碳纳米颗粒，将上清液再进一步以大于10000rpm的速率离心，例如11000-15000rpm，即可分离出氮化碳纳米颗粒，烘干，即得产品。