[发明专利]一种高比表面积的CN材料、制备方法以及用途

说明书

本发明公开了一种多孔TMC掺杂的具有大比表面的CN材料的制备方法，将三聚氰胺、一定量的TMC和溶剂加入到螺纹瓶中，在不同温度条件下磁力搅拌；溶液条件下球磨分散结合超声分散，将得到的悬浮液进行真空抽滤、冷冻干燥、真空干燥等工艺得到白色沉淀物；对白色的沉淀物过筛转移到半封闭的船型瓷舟中，置于管式炉中，进行高温焙烧和热氧化“刻蚀”。本发明的CN材料比表面积大，片层结构和大孔结构明显，具有良好的吸附性能和光催化性能。可以进一步在膜填充剂、电传感器、光催化剂等中得到广泛的应用。

技术领域

本发明属于以用1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)在不同的溶剂(H₂O、CH₃COOH、TEP、DMAc和DMF)中原位掺杂改性三聚氰胺，结合球磨、磁力搅拌、超声分散、冷冻干燥和程序高温焙烧等工艺，以制备含有大比表面的碳氮(CN)材料，具体涉及CN材料的制备方法。

背景技术

类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有类石墨烯的2维纳米层状结构，基本骨架结构由与叔氨基连接的3-三嗪环单元组成，呈现出优异的机械性能、化学稳定性和热稳定性，其在整个层状结构中具有规则分布的三角形水选择性渗透纳米孔。此外，g-C₃N₄晶格中存在周期性的空穴缺陷，通过弱范德华力相互作用的g-C₃N₄纳米片之间的间隔物也为水运输提供了纳米通道，同时抑制大分子的选择性透过。由于这种独特的纳米片结构，g-C₃N₄在诸如膜分离材料，光催化，电子器件等许多领域具有广泛地应用。g-C₃N₄晶格结构中含有一定量的-NH₂和-NH活性基团，这使得g-C₃N₄具有较强的亲水性，从而在水中具有良好分散性；更重要的是，g-C₃N₄无毒无污染、原料成本低、制备合成工艺简单，在实验室中，可以在温和的条件下由一系列含碳富氮的前驱物(单氰胺、三聚氰胺等)进行大量合成制备。

到目前为止，制备g-C₃N₄的主要方法是高温煅烧。然而，这种传统方法使得g-C₃N₄的比表面积非常小，严重限制了其在应用中的独特性能。然后，g-C₃N₄的比表面的增大是非常重要的。例如，在Fang等人的工作中，用无水乙二胺蚀刻后，g-C₃N₄的比表面积从4.7 (块状石墨碳氮化物(BCN))扩大到31.1 (g-C₃N₄纳米片(CNNS)) m²/g。在Zhang等人的工作中，用HCl和酒精处理前体三聚氰胺，g-C₃N₄的比表面积从12.7 (g-C₃N₄)扩大到26.2 (酸化的g-C₃N₄ (ag-C₃N₄) m²/g。在我们之前的工作中，g-C₃N₄的比表面积在处理后从6-10扩大到34.9 m²/g，然而，上述g-C₃N₄的比表面积对于应用而言仍然很小。

发明内容

本发明的技术构思是：将高温煅烧与化学缩合相结合，以制备一种多孔1,3,5-苯三甲酰氯（TMC）掺入的二维碳氮化合物材料(CN)，该材料通过CONH键连接并具有周期性晶格缺陷，该二维CN材料通过三聚氰胺和1,3,5-苯三甲酰氯通过NH₂和COCl的反应缩合而合成。此外，由于在550℃下进一步的煅烧和以三聚氰胺为前体的500℃热氧化“蚀刻”，该CN材料在晶格结构中可以具有大量NH和NH₂基团，这可以赋予CN材料优良的性能。