[发明专利]一种不含氨气气流合成硼碳氮材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种不含氨气气流合成硼碳氮材料的制备方法，具体步骤如下：步骤S1、按重量份数计，将1份碳源固体有机物、3～20份硼源固体原料和6～200份氮源固体有机物进行均匀混合；步骤S2、将均匀混合得到的混合粉末移至带盖的弧底刚玉舟，而后将带盖的弧底刚玉舟置于高温管式炉中部位置，在惰性气体下进行高温热聚合反应，即得硼碳氮材料；本发明所涉及的硼碳氮材料合成方法具有工艺流程简单，耗时短，原材料廉价易得，无需通入氨气、不产生大量含氨废气，所得产品具有光解水产氢性能等优点。

技术领域

本发明涉及硼碳氮材料制备技术领域，尤其涉及一种不含氨气气流合成硼碳氮材料的制备方法及其应用。

背景技术

半导体光催化技术可以将低密度的太阳能转化为高密度的化学能(如H₂、CH₄等)，或以太阳能来驱动降解、矿化-污染物，是一种有望解决能源短缺和环境污染等问题的新兴技术。该技术的核心方向是研制廉价易得、稳定性强和太阳能转化率高的光催化剂。六方相硼碳氮是一种新型的非金属光催化剂材料，具有良好的热稳性和化学稳定性，原料来源广，毒性较低等优点。2015年，王心晨课题组首次采用该材料用于光解水产氢、产氧和二氧化碳还原等反应中(Nat.Commun.2015,6,7698；Sci.China Mater.,2015,58,867)。此后，研究人员还发现硼碳氮材料可应用于光催化苯酚的合成(Catal.Today,324,73)、苯甲醇的氧化(ACS Catal.2018,8,4928)、N-杂环脱氢(CN107353245A，CN108546233A)等有机物氧化还原反应，显示出广泛的应用前景。

目前合成硼碳氮材料的方法有很多种，如CVD法、高温高压法、机械研磨法、溶剂热法、高温热解聚合法等(ACS Appl.Mater.Interfaces 2017,9,19478)。其中大多数方法合成工艺苛刻、设备精密、产率低，并不适合大批量合成；此外，上述方法合成出来的硼碳氮材料暂时未有文献报道具有半导体光催化活性，仅适用于半导体电路、气体吸附、荧光显示、锂离子电池、电化学等领域。具备光催化性能的硼碳氮材料通常需采用高温固相法制备，且合成过程中需不断通入一定流量的氨气(CN103787289A，CN106430128A，CN108341404A)。氨气的作用除了作为还原气氛以还原硼源和碳源，其本身还是氮源，是合成硼碳氮材料中必不可少的原料之一。因此常规方法中往反应中通入氨气不可缺少。然而，氨气是一种有刺激性气味的有毒气体，若在整个高温聚合过程中持续通入氨气，将产生大量的含氨废气，对环境的危害较大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种不含氨气气流合成硼碳氮材料的制备方法及其应用，无需昂贵的仪器设备和原料，工艺流程简单；无需持续通入环境污染严重、有毒的氨气，即可批量合成硼碳氮材料。因此，本发明能较好的克服背景部分所显示的现有技术各缺点，具有广阔的应用前景。同时，本发明制备的硼碳氮材料是一种半导体光催化材料，其带隙宽度和能带结构位置合适，具备光解水产氢半反应性能，是一种极具潜力的光催化剂材料。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种不含氨气气流合成硼碳氮材料的制备方法，具体步骤如下：步骤S1、按重量份数计，将1份碳源固体有机物、3～20份硼源固体原料和6～200份氮源固体有机物进行均匀混合；

步骤S2、将均匀混合得到的混合粉末移至带盖的弧底刚玉舟，而后将带盖的弧底刚玉舟置于高温管式炉中部位置，在惰性气体下进行高温热聚合反应，即得硼碳氮材料。

进一步地，所述高温热聚合反应的反应条件为：升温速率2～10℃/min；保温时间2～8h；恒温温度900～1500℃。

进一步地，所述均匀混合的方法为机械研磨混合、水溶解分散再加热干燥混合或水溶解分散再冷冻干燥混合中的一种。