[发明专利]微波条件下石墨相氮化碳的制备及应用

说明书

本发明属于石墨相氮化碳材料制备及光催化领域，具体公开了一种简便合成石墨相氮化碳材料的方法，包括利用尿素作为合成原料，氧化铜作为微波吸收剂，在微波条件下加热15～25分钟，其中，微波功率为500～100W。本发明采用简单的微波法合成了高光催化活性、高比表面积的石墨相氮化碳，制备方法过程简单且原料成本低，反应时间短，易于工业化生产，制备得到的石墨相氮化碳具有优异的光催化产氢性能。本发明为制备石墨相氮化碳开辟了新的途径，而且为微波法提供了更多的可能性，对推动光解水产氢、有机污染物降解等领域的发展具有重要意义。

技术领域

本发明属于石墨相氮化碳材料制备及光催化技术领域，更具体地，涉及一种简便合成石墨相氮化碳材料的方法及其得到的产品和应用。

背景技术

随着环境污染和能源短缺问题日益严重，开发可再生持续的环境友好型清洁能源成为当前科研工作者的首要任务。利用具有可见光活性的半导体光催化剂进行光驱水分解生产清洁能源，被认为是解决能源和环境问题的有效途径。

氮化碳是一种无金属聚合物半导体，由于其低成本、合适的带隙结构、优异的光催化产氢活性和化学稳定性，是一种很有前途的化学燃料转化(如H₂)的目标材料。其中多孔石墨相氮化碳由于具有更大的比表面积,更强的载流子传输能力而引起了科研工作者的广泛兴趣。

中国专利CN107311126A公开了一种具有褶皱状石墨相氮化碳的制备方法及其应用。目前还未见有关微波条件下石墨相氮化碳的制备及应用相关报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的首要目的是提供一种简便合成石墨相氮化碳材料的方法。

本发明上述技术目的通过以下技术方案实现：

一种简便合成石墨相氮化碳材料的方法，包括利用尿素作为合成原料，氧化铜作为微波吸收剂，尿素和氧化铜的质量比为1：4～6；在微波条件下加热15～25分钟，其中，微波功率为500～100W。

作为一种优选的技术方案，本方法采用瓷坩埚作为反应容器。

作为一种优选的技术方案，将氧化铜均匀填充在瓷坩埚内。

作为一种优选的技术方案，氧化铜填铺高度为瓷坩埚高度的3/5到4/5。氧化铜的作用是吸收微波，如果氧化铜填充太少可能会使内部的反应物短时间内局部过热，损坏反应物。

具体地，尿素和氧化铜分别放置于不同的瓷坩埚内，尿素盛装于氧化铜粉的上方，且盛装氧化铜的瓷坩埚套装于盛装尿素的瓷坩埚上。

作为一种优选的技术方案，所用的尿素为分析纯，所用的氧化铜粉为工业级。

本发明同时保护所述简便合成石墨相氮化碳材料的方法制备得到的石墨相氮化碳材料。

本发明还保护所述石墨相氮化碳材料在光催化领域中的应用。

本发明利用微波法成功制备石墨相氮化碳，目前尚无直接通过简单的一步微波法制备具有高光催化活性、高比表面积石墨相氮化碳的报道。本发明通过红外表征，所有产品具有相似的FT-IR测试结果，且都显示出CN的特征峰。通过X射线衍射，所有产品均显示出两个明显的衍射峰，分别为(100)和(002)，说明石墨相氮化碳基本保持了氮化碳的晶体结构。通过吸附-脱附等温测试，表明制备得到的材料具备较大的比表面积。通过光催化产氢实验，制备得到得石墨相氮化碳具有较高的光催化产氢活性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用简单的微波法合成一种高光催化活性高比表面积的石墨相氮化碳，制备方法过程简单且原料成本低，反应时间短，易于工业化生产；制备得到的石墨相氮化碳具有优异的光催化产氢性能，本发明不仅为制备石墨相氮化碳开辟了新的途径，而且为微波法提供了更多的可能性。

附图说明