一種C3N4有機異質結的制備方法技術

本發明專利技術提供了一種C3N4有機異質結的制備方法，包括：將硫脲、單氰胺、二氰二胺、三聚氰胺中的一種與尿素混合形成復合前驅體；將所述前驅體在300~650℃下煅燒，形成兩種禁帶結構匹配的C3N4，得到C3N4有機異質結。本發明專利技術提供的制備方法能夠制備綠色環保、高可見光催化活性和高穩定性的同型C3N4有機異質結，制備方法簡單可靠，反應進程易控制。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及有機化合物制備領域，具體涉及一種C3N4有機異質結的制備方法。
技術介紹
異質結是半導體領域的重要概念，由兩種不同的半導體單晶或同位素單晶材料組成，具有一系列不同于單一半導體的特性。隨著納米技術的飛速發展，半導體材料和納米技術的結合越來越緊密。納米異質結借助納米材料的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應 和介電限域效應等理化性質，與塊體異質結相比具有很多優勢，例如:納米異質結能夠支持大得多的電流密度，不存在傳統集成電路的電遷移問題；因為納米材料對晶格匹配度要求不高，納米異質結連接更可靠，選材更寬泛；納米異質結能夠構建小尺寸器件。因此納米異質結在電子器件、太陽能電池、光解水產氫、生物醫學、環境修復等領域得到廣泛研究。環境污染是影響人類生存和發展的重大問題之一。由于光催化技術催化活性和穩定性高、價格便宜和環境友好，因此在環境污染控制領域有很大的發展空間。常用的TiO2光催化劑存在量子效率低和不能有效利用可見光等缺點，而異質結的內建電場能夠抑制光致電荷復合，提高量子效率，如果TiO2與窄帶半導體構成異質結，窄帶半導體的敏化作用能夠拓展TiO2的響應光譜范圍，有望克服TiO2的上述缺點。納米異質結光催化材料結合了納米材料和異質結的優勢，在環境污染控制領域得到快速發展。TiO2與金屬硫化物、TiO2與金屬氧化物和TiO2和貴金屬構成的異質結光催化材料等相繼成功研制。然而，納米異質結涵蓋的內容遠不止于此，非TiO2半導體之間，半導體與碳材料都能構成具有光致電荷分離能力的異質結光催化材料。近年來，相關研究人員制備了具有窄禁帶寬度的異質結光催化劑，如TiO2與碳化氮(C3N4)異質結、BiOBr與碳化氮(C3N4)異質結等。現有技術中報道一般為無機_有機異質結，且制備方法大多都很復雜、操作步驟繁瑣、制備條件苛刻、前驅體昂貴等，且有些異質結在應用過程中不夠穩定，不利于大規模生產和應用，限制了其在光催化領域或環保領域的發展。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題在于提供一種綠色環保、高可見光催化活性和高穩定性同型的C3N4有機異質結的制備方法，制備方法簡單可靠，反應進程易控制。為了解決以上技術問題，本專利技術提供了一種C3N4有機異質結的制備方法，包括:將硫脲、單氰胺、二氰二胺、三聚氰胺中的一種與尿素混合形成復合前驅體；將所述前驅體混合物在30(T650°C下煅燒，得到C3N4有機異質結。優選的，所述煅燒后還得到尾氣。優選的，所述尾氣為NH3、SO2或H2S。優選的，還包括將所述尾氣通入水或堿性水溶液中。優選的，所述C3N4有機異質結的產率為95°/Γ ΟΟ%。優選的，所述煅燒的溫度為50(T650°C。優選的，所述煅燒的時間為0.rioh.優選的，所述前驅體混合物中硫脲、單氰胺、二氰二胺、三聚氰胺中的一種與尿素的質量比為(I 10): (TlO)0優選的，所述煅燒在有氧或無氧環境中進行。本專利技術提供了一種C3N4有機異質結的制備方法，包括:將硫脲、單氰胺、二氰二胺、三聚氰胺中的一種與尿素混合形成復合前驅體；將所述復合前驅體在30(T65(TC下煅燒，得到C3N4有機異質結。本專利技術使用尿素、硫脲、單氰氨、二氰二胺和三聚氰胺作為前驅體，通過加熱使尿素與硫脲分子之間、尿素與單氰氨分子之間、尿素與二氰二胺分子之間、尿素與三聚氰胺分子之間進行縮合聚合，形成多聚體，但是所述多聚體并不穩定且會進一步分解成C3N4有機異質結。由于異質結的存在，制備的C3N4有機異質結的可見光催化效果是單獨用尿素、硫脲、單氰氨、二氰二胺和三聚氰胺制備的C3N4的可見光催化效果的1.4 3.5倍。本專利技術提供的方法方便快捷，在制備過程中不使用有毒有害的前驅體，而且產率高，通過反應檢測，所有的前驅體尿素、硫脲、單氰氨、二氰二胺和三聚氰胺均能參加反應并且反應完全。尿素與硫脲混合體反應會釋放少量的二氧化硫、硫化氫和氨氣，無其它污染物產生；尿素與單氰氨混合體、尿素與二氰二胺混合體和尿素與三聚氰胺混合體在反應過程中釋放少量氨氣，無其他污染物產生。而所上述反應過程中產生的二氧化硫、硫化氫和氨氣可以通過水進行吸收，不會對環境造成污染。另外本專利技術提供的制備方法過程簡單、超過可控，只需要加熱即可，不需要復雜的操作，適合大規模的生產和應用。附圖說明 圖1、本專利技術實施例1制備的C3N4機異質結的XRD圖片；圖2、本專利技術實施例1制備的C3N4機異質結的紫外-可見吸收光譜；圖3、本專利技術實施例1制備的C3N4機異質結的TEM圖譜；圖4、本專利技術實施例13制備的C3N4機異質結的XRD圖片；圖5、本專利技術實施例13制備的C3N4機異質結的紫外-可見吸收光譜；圖6、本專利技術實施例13制備的C3N4機異質結的TEM圖譜；圖7、本專利技術實施例25制備的C3N4機異質結的XRD圖片；圖8、本專利技術實施例25制備的C3N4機異質結的紫外-可見吸收光譜；圖9、本專利技術實施例25制備的C3N4機異質結的TEM圖譜；圖10、本專利技術實施例37制備的C3N4機異質結的XRD圖片；圖11、本專利技術實施例37制備的C3N4機異質結的紫外-可見吸收光譜；圖12、本專利技術實施例37制備的C3N4機異質結的TEM圖譜；圖13、本專利技術提供的C3N4同型異質結的結構示意圖。具體實施例方式為了進一步了解本專利技術，下面結合實施例對本專利技術的優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本專利技術的特征和優點而不是對本專利技術專利要求的限制。本專利技術提供了一種C3N4有機異質結的制備方法，包括:將尿素與硫脲混合體、尿素與單氰氨混合體、尿素與二氰二胺混合體、尿素與三聚氰胺混合形成的復合前驅體分別在30(T650°C下煅燒，得到產物；所述產物包括C3N4有機異質結。按照本專利技術，同型C3N4有機異質結是指:兩種禁帶結構不同的同型C3N4，其價帶與導帶位置相互匹配，形成有機異質結。禁帶結構不同的C3N4由于價帶和導帶存在電位差，在光照下，該電位差驅動光生電子和空穴從一種C3N4向另外一種C3N4遷移，促進了電子和空穴的分離。單獨煅燒尿素得到的C3N4的禁帶寬度為2.68eV^2.78eV,單獨煅燒硫脲、單氰氨、二氰二胺或三聚氰胺制備的C3N4的禁帶寬度為2.40eV^2.56eV，有尿素得到的C3N4與硫脲、單氰氨、二氰二胺或三聚氰胺之一得到的C3N4的禁帶寬度和結構不同。因此，煅燒尿素與硫脲混合得到的復合前驅體，尿素與單氰氨混合得到的復合前驅體、尿素與二氰二胺混合得到的復合前驅體、尿素與三聚氰胺混合形成的復合前驅體，可以同時生成兩種禁帶寬度和結構不同的C3N4，這兩種C3N4禁帶結構相互匹配，形成同型C3N4異質結，所述同型異質結的結構如圖13所示。其中，A為單獨煅燒尿素得到的C3N4,B為單獨煅燒硫脲、單氰胺、二氰二胺或三聚氰胺得到的C3N4。但是單獨煅燒尿素以及單獨煅燒單氰胺、硫脲、二氰二胺和三聚氰胺中的一種得到兩種禁帶不同的C3N4后再將其機械混合，由于機械作用不能使兩種C3N4之間產生緊密的結合，所以只有在同時煅燒時才能夠形成同型異質結。按照本專利技術，所述煅 燒可以在有氧或無氧條件下進行，其中，煅燒溫度是本專利技術制備C3N4有機異質結的關鍵，溫度過高或過低均不能得到C3N4有機異質結，所述煅燒溫度為30(T65本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種C3N4有機異質結的制備方法，其特征在于，包括：將硫脲、單氰胺、二氰二胺、三聚氰胺中的一種與尿素混合形成前驅體混合物；將所述前驅體混合物在300~650℃下煅燒，得到C3N4有機異質結。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：董帆，李宇涵，李秋燕，孫艷娟，
申請(專利權)人：重慶工商大學，
類型：發明
國別省市：