本發(fā)明涉及一種具有取向生長(zhǎng)的低密度超輕氮化碳粉體的制備方法，屬于納米光催化劑的制備及半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

氮化碳是一種優(yōu)良的半導(dǎo)體光催化劑，獨(dú)特的電子能帶結(jié)構(gòu)使其表現(xiàn)優(yōu)異的可見光光催化性能，具有價(jià)廉無毒、催化活性高、氧化能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在環(huán)境凈化、光解水制氫、二氧化碳能源化等方面，是一種的重要的多功能n型窄禁帶(2.7eV)半導(dǎo)體。

目前氮化碳光催化劑的催化效果與實(shí)際要求有著巨大的差距，研究人員通過復(fù)合或者摻雜改性以提升其光催化效果。如Na Tian等將氮化碳與氧化鈰復(fù)合形成異質(zhì)節(jié)結(jié)構(gòu)，在可見光照射下5h對(duì)苯酚降解率達(dá)到55％[Tian N,Huang H,Liu C,et al.In situ co-pyrolysis fabrication of CeO₂/g-C₃N₄n–n type heterojunction for synchronously promoting photo-induced oxidation and reduction properties[J].J.mater.chem.a,2015,3:17120-17129.]。最新的研究結(jié)果表明，許多光催化材料暴露的表面結(jié)構(gòu)對(duì)光催化反應(yīng)活性有巨大的影響。葉金花等發(fā)現(xiàn)暴露高表面能晶面的Ag₃PO₄納米晶在可見光催化降解有機(jī)物反應(yīng)中有極高的活性[Y.Bi,S.Ouyang,N.Umezawa,J.Cao,J.Ye,Facet Effect of Single-Crystalline Ag₃PO₄ Sub-microcrystals onPhotocatalytic Properties,Journal of the American Chemical Society,133(2011)6490-6492.]。所以合成出具有特定晶面取向的氮化碳是很有必要的。

目前，合成氮化碳光催化劑所采用的方法有濕化學(xué)法和固相反應(yīng)法。固相化學(xué)反應(yīng)是人類最早接觸和應(yīng)用的化學(xué)反應(yīng)，并在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。固相反應(yīng)有著其本身固有的缺點(diǎn)，但固相反應(yīng)過程不使用溶劑，產(chǎn)率高且工藝過程簡(jiǎn)單；合成對(duì)環(huán)境污染小，可避免廢水污染；可通過控制反應(yīng)物的配比、溫度、時(shí)間等條件，實(shí)現(xiàn)分步反應(yīng)，得到介穩(wěn)態(tài)化合物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種具有取向生長(zhǎng)的低密度超輕氮化碳粉體的制備方法，制備過程簡(jiǎn)單，無需復(fù)雜設(shè)備，成本低，所制備的氮化碳粉體形貌好，具有取向生長(zhǎng)特征，密度低，重量輕，可在太陽光照射下對(duì)有機(jī)染料進(jìn)行快速降解。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種具有取向生長(zhǎng)的低密度超輕氮化碳粉體的制備方法，將尿素或三聚氰胺研磨后在500℃-600℃下煅燒0.5h-10h后，冷卻，得到具有取向生長(zhǎng)的低密度超輕氮化碳粉體。

所述研磨時(shí)間為10min～60min。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，將研磨后的原料放入坩堝中，并密閉坩堝。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述坩堝的填料比在1/3～4/5。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，以5℃/min-20℃/min的升溫速度升溫至500℃-600℃。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述煅燒在高溫爐、馬弗爐或氣氛爐中進(jìn)行。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述冷卻采用空冷。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：本發(fā)明以尿素或三聚氰胺為原料，經(jīng)過煅燒，采用固相法一步合成出氮化碳納米材料，該方法技術(shù)簡(jiǎn)單，無需復(fù)雜設(shè)備，反應(yīng)時(shí)間短，產(chǎn)物純度高，整個(gè)工藝流程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)本發(fā)明制備的氮化碳納米材料，具有取向生長(zhǎng)特征，為薄片狀形貌。較大的比表面積有助于在染料降解過程中，將底物吸附于其表面，是光生電子空穴等活性物種直接與染料進(jìn)行反應(yīng)，提高其光催化效果，對(duì)羅丹明B催化降解測(cè)試表明：在太陽光照射60min，對(duì)染料的降解率即可達(dá)到90％以上，具有優(yōu)異的光催化效果。

進(jìn)一步的，通過控制升溫速度5℃/min-20℃/min、保溫時(shí)間0.5h-10h來改善C₃N₄粉體的形貌。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例2所得樣品的XRD圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所得樣品的SEM圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2所得樣品的在太陽光照射下羅丹明B催化降解圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

1)將尿素放入瑪瑙研缽研磨10min；

2)將研磨后的原料倒入坩堝，將坩堝加蓋放進(jìn)馬弗爐中，并在坩堝蓋上放置質(zhì)量大于100g的重物，保持坩堝較好氣密性；其中，坩堝的填料比為1/3；

3)以5℃/min的升溫速度升溫至煅燒溫度500℃，保溫4h，煅燒結(jié)束后，將坩堝取出進(jìn)行快速空冷，得到具有取向生長(zhǎng)的低密度超輕氮化碳粉體。

實(shí)施例2

1)將三聚氰胺放入瑪瑙研缽研磨10min；

2)將研磨后的原料倒入坩堝，將坩堝加蓋放進(jìn)馬弗爐中，并在坩堝蓋上放置質(zhì)量大于100g的重物，保持坩堝較好氣密性；其中，坩堝的填料比為3/4；

3)以10℃/min的升溫速度升溫至煅燒溫度550℃，保溫4h，煅燒結(jié)束后，將坩堝取出進(jìn)行快速空冷，得到具有取向生長(zhǎng)的低密度超輕氮化碳粉體。

從圖1中可以看出，所制備的氮化碳具有晶態(tài)特征，(002)晶面取向生長(zhǎng)明顯；

從圖2中可以看出，所制備的氮化碳為薄片狀；

從圖3可以看出，在太陽光照射下羅丹明B在暗反應(yīng)階段，粉體對(duì)染料吸附較強(qiáng)，在太陽光照射60min，對(duì)染料的降解率即可達(dá)到90％以上，具有優(yōu)異的光催化效果。

實(shí)施例3

1)將尿素放入瑪瑙研缽研磨20min；

2)將研磨后的原料倒入坩堝，將坩堝加蓋放進(jìn)氣氛爐中，并在坩堝蓋上放置質(zhì)量大于100g的重物，保持坩堝較好氣密性；其中，坩堝的填料比為3/4；

3)以17℃/min的升溫速度升溫至煅燒溫度580℃，保溫2h，煅燒結(jié)束后，將坩堝取出進(jìn)行快速空冷，得到具有取向生長(zhǎng)的低密度超輕氮化碳粉體。

實(shí)施例4

1)將三聚氰胺放入瑪瑙研缽研磨30min；

2)將研磨后的原料倒入坩堝，將坩堝加蓋放進(jìn)馬弗爐中，并在坩堝蓋上放置質(zhì)量大于100g的重物，保持坩堝較好氣密性；其中，坩堝的填料比為4/5；

3)以15℃/min的升溫速度升溫至煅燒溫度550℃，保溫4h，煅燒結(jié)束后，將坩堝取出進(jìn)行快速空冷，得到具有取向生長(zhǎng)的低密度超輕氮化碳粉體。