一種帶寬可調的石墨相硼碳氮及其合成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶寬可調的石墨相硼碳氮及其合成方法，屬于材料制備【技術領域】。目前氮化硼的帶寬約在5.5eV，很大程度上限制了這種非金屬材料在光化學或光物理領域的應用，如光催化領域的應用。本發(fā)明以經濟型的前驅體作為原料，通過常規(guī)高溫熱聚合的合成方法，不需要其他昂貴材料或者金屬，可制備成帶寬可調的石墨相硼碳氮，可控其對可見光的不同波段響應。本發(fā)明制備方法簡單、原料廉價易得、低環(huán)境污染、有利于大規(guī)模的工業(yè)生產，具備顯著的經濟和社會效益。
【專利說明】—種帶寬可調的石墨相硼碳氮及其合成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料制備【技術領域】，具體涉及一種帶寬可調的石墨相硼碳氮的合成方法。
【背景技術】
[0002]石墨相氮化硼由于結構上非常類似于石墨，因此又被稱作“白石墨”，是一種非常好的高溫固體潤滑劑，熱導材料、抗熱材料及催化劑載體等。然而，由于石墨相氮化硼是絕緣體具有很大的帶寬，其對可見光沒有響應，因此限制了其在光物理、光化學、電化學中的應用，如在光催化領域的應用。其中比較常見的縮小半導體材料帶寬的方法是摻雜、負載，甚至于物理混合等。代表性的方法是(貴)金屬的負載，這種方法會大大增加工業(yè)成本，并且會帶來環(huán)境污染。因此，從經濟和環(huán)保的角度出發(fā)，研發(fā)一種帶寬可調的非金屬類石墨相硼碳氮半導體，使得該材料既具有石墨相氮化硼的良好物理化學特性又具有可見光帶寬的光學特性有很重要的意義。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種帶寬可調的石墨相硼碳氮的合成方法。擬解決氮化硼這種高帶寬的非金屬材料在光物理化學方面，特別是在光催化領域中應用受到的限制。本發(fā)明通過高溫合成石墨相硼碳氮，在加入合適量的前驅體的時候，利用硼，碳，氮在高溫條件下可以隨機聚合并在高溫條件下重整得到穩(wěn)定結構的三元化合物，這種三元化合物具有帶寬可控的特性，通過 改變不同前驅體的量比可以得到最終產物的光響應范圍由紫外紅移到可見區(qū)域甚至可以拓展到紅外區(qū)域。本發(fā)明的制備方法簡單實用、原料廉價易得、低環(huán)境污染、有利于大規(guī)模工業(yè)生產，具有顯著的經濟和社會效益。
[0004]為實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
簡易合成帶寬可調的石墨相硼碳氮的方法是基于前驅物高溫熱聚合反應，此方法中所有的前驅體都是簡單經濟型，市面容易獲得的化合物，只需要控制前驅體的比例關系和反應溫度就可以達到有效可控調節(jié)石墨相氮化硼帶寬。
[0005]將質量比為1:2的B2O3和CO (NH2) 2放入研缽里，再加入一定量的葡萄糖，然后將混合物研磨成粉末；取混合樣品于剛玉磁舟里，再將其置于橫放式高溫管式爐里，反應是在氨氣氣氛下，以5-10°C /min速度升溫到800-1500°C再保持4_8h ;取出樣品用去0.lmol/L的稀鹽酸、去離子水清洗，離心和烘干后得到帶寬可調的石墨相硼碳氮。
[0006]本發(fā)明的有益效果在于:
(I)本發(fā)明首次采經濟型前驅體來合成帶寬可調控的石墨相硼碳氮。只需要按一定比例均勻混合前驅體可獲得良好的可控性和重復性、原材料便宜且容易獲得、制備過程簡單、低環(huán)境污染，有利于大規(guī)模的工業(yè)生產。
[0007](2)本方法制備的三元化合物可以有效地調節(jié)其對于可見光的不同波段響應，該化合物在光催化領域中將會有很好的應用前景。[0008](3)本發(fā)明的材料是多層材料，可用于進一步液相反應、加工或處理等，如催化領域研究、氮化硼/金屬復合材料及耐高溫、耐機械磨損、耐化學腐蝕等方面材料的制備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的石墨相硼碳氮粉體的晶型圖(XRD)。曲線1，2，3，4分別代表初始物尿素葡萄糖質量比1:0.2，1:0.3，1:0.4，1:1而制備的樣品。
圖2為本發(fā)明的石墨相硼碳氮粉體的紅外譜圖(FTIR)。
圖3為本發(fā)明的石墨相硼碳氮粉體X射線電子能譜的譜圖(XPS)。
圖4為本發(fā)明的高分散的多層石墨相硼碳氮透射電鏡圖(TEM)及硼、碳、氮三種元素分布圖。
[0010]圖5為本發(fā)明的高分散的多層石墨相硼碳氮漫反射譜圖(DRS)。曲線1、2、3、4分別代表反應初始物葡萄糖/尿素質量比值為0、0.2,0.3,0.7。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明的制備步驟如下:
將質量比為1:2的B2O3和CO (NH2) 2先混合好，再加入一定量的葡萄糖，然后將混合物研磨成粉末。取混合樣品置放于剛玉磁舟里，再將其置于橫式高溫管式爐里。反應是在流速為80-110 mL/min氨氣氣氛的保護下 ，以5_10°C /min速度升溫到1250°C再保持4_8小時。取出樣品用0.1 mol/L的稀鹽酸洗、去離子水洗，離心和烘干后可得到顏色遞變的氮化硼粉體。
[0012]實施例1
將質量比為1:2的B2O3和CO(NH2)2先混合好，按質量比葡萄糖:尿素為0.2:1的關系加入葡萄糖，然后將混合物研磨成粉末。準確稱取10克混合樣品放于的剛玉磁舟里，再將磁舟放于橫式管式爐里，反應是在流速為80 mL/min氨氣氣氛下，以5°C /min速度升溫到1250°C再保持4小時。待冷卻到室溫以后取出樣品，0.lmol/L的鹽酸和去離子水洗滌樣品，離心和烘干后可得到顏色遞變的硼碳氮粉體(其代表性晶型結構、紅外光譜分別如圖1、2所示)。
[0013]實施例2
將質量比為1:2的B2O3和CO(NH2)2先混合好，按質量比葡萄糖:尿素為0.3:1的關系加入葡萄糖，然后將混合物研磨成粉末。準確稱取10克混合樣品放于剛玉磁舟里，再將磁舟置放于橫式管式爐里，反應是在流速為100 mL/min氨氣氣氛下，以6 V /min速度升溫到1250°C再保持6小時。待冷卻到室溫以后取出樣品用0.1 mol/L的鹽酸洗滌樣品，離心和烘干后可得到顏色遞變的硼碳氮粉體(其代表性晶型結構、紅外光譜分別如圖1、2所示)O
[0014]實施例3
將質量比為1:2的B2O3和CO(NH2)2先混合好，按質量比葡萄糖:尿素為0.4:1的關系加入葡萄糖，然后將混合物研磨成粉末。準確稱取10克混合樣品放于的剛玉磁舟里，再將磁舟置放于橫式管式爐里，反應是在流速為110 mL/min氨氣氣氛下，以7V /min速度升溫到1250°C再保持6小時。待冷卻到室溫以后取出樣品用0.1 mol/L的鹽酸洗滌樣品，離心和烘干后可得到顏色遞變的硼碳氮粉體(其代表性晶型結構、紅外光譜分別如圖1、2所示)O
[0015]實施例4
將質量比為1:2的B2O3和CO(NH2)2先混合好，按質量比葡萄糖:尿素為1:1的關系加入葡萄糖，然后將混合物研磨成粉末。準確稱取10克混合樣品放于的剛玉磁舟里，再將磁舟置放于橫放式管式爐里，反應是在流速為110 mL/min氨氣氣氛下，以10°C /min速度升溫到1250°C再保持8小時。待冷卻到室溫以后取出樣品用0.1 mol/L的鹽酸洗滌樣品，離心和烘干后可得到顏色遞變的硼碳氮粉體(其代表性晶型結構、紅外光譜分別如圖1、2所示)O
[0016]本發(fā)明制備得到的石墨相氮化硼粉末經X射線晶體衍射表征(圖1)得到峰值26.27。為其特征且對應于其(002)面；經紅外譜圖(圖2)分析，780 cnT1和1380 cnT1峰分別對應于其A2u和Elu振動模式。對于合成出來的三元化合物的X射線光電子能譜分析可知化合物里有硼碳鍵，硼氮鍵，氮碳鍵(圖3)分析；圖4:左圖是高倍透射電鏡圖(TEM)，右側三小圖分別是硼、碳、氮三種元素分布圖；紫外可見漫反射給出的是一系列的石墨相硼碳氮產物對可見光的響應圖，隨著葡萄糖含量的增加，光譜響應紅移:曲線1、2、3、4分別代表反應初始物葡萄糖/尿素質量比值為0、0.2,0.3,0.7 (圖5)。
[0017]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權利要求】
1.一種石墨相硼碳氮的合成方法，其特征在于:以經濟型前驅體合成帶寬可調的硼碳氮三元化合物。
2.根據權利要求1所述的石墨相硼碳氮的合成方法，其特征在于:所述的硼碳氮三元化合物的帶寬范圍從絕緣體到半導體。
3.根據權利要求1所述的石墨相硼碳氮的合成方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將質量比為1:2的B2O3和CO(NH2)2放入研缽，然后加入葡萄糖，混合，研磨成粉末； (2)取步驟(1)的混合樣品于剛玉磁舟里，再將其置于橫式高溫管式爐里，在氨氣氣氛下，以5-10°C /min速度升溫到800_1500°C并保溫4 - 8h ; (3)取出樣品分別用0.lmol/L的稀鹽酸和水清洗，離心，烘干后得到所述的石墨相硼碳氮。
4.一種如權利要求1所述的方法制得的石墨相硼碳氮，其特征在于:所述的石墨相硼碳氮的帶寬是可調的。
【文檔編號】C01B21/082GK103787289SQ201410005880
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權日:2014年1月7日
【發(fā)明者】黃彩進, 陳成, 葉欣欣, 葉偉青, 劉秋文 申請人:福州大學