一種多孔石墨相氮化碳材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多孔石墨相氮化碳(p-g-C3N4)材料的制備方法，屬于材料制備及含能材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]類(lèi)石墨型氮化碳(g_C3N4)是氮化碳中最穩(wěn)定的同素異形體，具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)，在生物、催化和能源儲(chǔ)備方面都有很好的應(yīng)用前景。研究表明，材料的催化效果與其比表面積有著密切的聯(lián)系。例如，Su等【Su F Z，et al.Catalysis Science &Technology, 2012，2，1005】以腈胺為前驅(qū)體制備高比表面積氮化碳，用tBuOK和KOH溶液對(duì)其進(jìn)行去質(zhì)子化，結(jié)果表明，該材料對(duì)Knoevenagel縮合反應(yīng)和酯交換反應(yīng)表現(xiàn)出較高的催化活性。傳統(tǒng)方法制備出的g_C3N4比表面積小，抑制了其催化活性。通過(guò)本發(fā)明提供的方法可制備多孔石墨相氮化碳(p-g_C3N4)材料，大幅度提高了 g_C3N4的比表面積，有效增強(qiáng)了其催化活性。
[0003]高氯酸銨(AP)是固體推進(jìn)劑中常用的氧化劑，含量占到整個(gè)配方的50%~80%，其特性對(duì)推進(jìn)劑的性能至關(guān)重要，尤其是AP的熱分解特性與推進(jìn)劑燃燒特性密切相關(guān)。因此研究催化劑對(duì)AP熱分解的催化作用可預(yù)估催化劑對(duì)AP系推進(jìn)劑的催化效果。碳材料由于其優(yōu)良的性能，已被應(yīng)用于高氯酸銨(AP)催化領(lǐng)域。例如，王等【王學(xué)寶，等.火炸藥學(xué)報(bào)，2012, 35，76】通過(guò)溶膠-凝膠法制備了高氯酸銨/石墨烯氣凝膠(AP/GA)納米復(fù)合材料，將高氯酸銨的高溫分解溫度降低了 87.3 °C;崔等【崔平，等.火炸藥學(xué)報(bào)，2006，29，25】通過(guò)溶劑蒸發(fā)法制備了碳納米管(CNTs)/AP復(fù)合粒子，將高氯酸銨的高溫分解溫度降低了113.9 °C?；谝陨戏治觯景l(fā)明采用簡(jiǎn)便的方法制備的多孔石墨相氮化碳(p-g_C3N4)，對(duì)高氯酸銨(AP)的熱分解有更好的催化作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種多孔石墨相氮化碳(p-g_C3N4)材料的制備方法；此方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，與傳統(tǒng)方法制備出的g_C3N4相比，此法制備出的多孔石墨相氮化碳(p-g-C3N4)材料具有更大的比表面積，從而對(duì)高氯酸銨的熱分解表現(xiàn)出更佳的催化效果。
[0005]本發(fā)明提供了一種多孔石墨相氮化碳材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將三聚氰胺放入熱的去離子水中，攪拌使其溶解，冷卻；
(2)將HC1溶液滴加到步驟(1)的溶液中，攪拌；
(3)將步驟(2)得到的混合液置于烘箱干燥，得到白色粉末；
(4)將步驟(3)得到的白色粉末置于馬弗爐煅燒，煅燒過(guò)程為先快速升溫到450~500°C，恒溫1-4 h ;然后快速升溫到500-550 °C，恒溫1-4 h，得p_g_C3N4材料。
[0006]所述步驟(1)中去離子水的用量為200~600 ml，加熱溫度為70~100 °C，三聚氰胺用量為10-40 go
[0007]所述步驟(1)中攪拌時(shí)間為1~2 ho
[0008]所述步驟(2)中HC1溶液的用量為10~40 ml，摩爾濃度為6~12 mol/L。
[0009]所述步驟(2)中攪拌時(shí)間為0.5-2 h。
[0010]所述步驟(3)中干燥溫度為50~80 °C，干燥時(shí)間為12~24 h。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果:
(1)本發(fā)明首次以鹽酸和三聚氰胺為原料，利用無(wú)模板法合成了孔狀類(lèi)石墨相氮化碳p-g-C3N4。本發(fā)明通過(guò)控制鹽酸和三聚氰胺的配比形成三聚氰胺鹽酸鹽，加熱縮聚過(guò)程中鹽酸揮發(fā)誘導(dǎo)形成孔狀結(jié)構(gòu)，避免了模板法合成孔狀g_C3N4造成的合成過(guò)程繁瑣和環(huán)境污染問(wèn)題，為合成孔狀g_C3N4提供了一種新方法。
[0012](2)與傳統(tǒng)方法制備的g_C3N4相比，采用本方法制備的p-g_C3N4具有更大的比表面積，提供了更多地活性點(diǎn)，加速了電子轉(zhuǎn)移效率，有效提高了催化高氯酸銨(AP)熱分解的活性。
[0013](3)本方法原料價(jià)廉，制備工藝簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，在含能材料領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為實(shí)施例1制備的g_C3N4和實(shí)施例2制備的p-g-C 3N4的XRD曲線。
[0015]圖2為實(shí)施例2制備的p-g_C3N4的FT-1R曲線。
[0016]圖3為實(shí)施例3制備的p-g-C3N4的SEM圖片。
[0017]圖4為實(shí)施例4制備的p-g_C3N4的TEM圖片。
[0018]圖5為實(shí)施例2制備的p-g_C3N4催化高氯酸銨熱分解的性能測(cè)試曲線。
[0019]圖6為本發(fā)明一種p-g-C3N4材料的制備方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]實(shí)施例1 (對(duì)比實(shí)施例)制備g_C3N4
稱(chēng)取5 g三聚氰胺放入陶瓷坩禍中(蓋上坩禍蓋)，在馬弗爐中以50°C /min升溫到500°C，在這個(gè)溫度下保溫焙燒1 h，接著5min內(nèi)快速升溫到520°C，保溫焙燒1 h，冷卻研磨得黃色粉末樣品。
[0022]將實(shí)施例1制備的材料，經(jīng)X-射線衍射儀掃描后，見(jiàn)圖1，為g_C3N4。
[0023]實(shí)施例2制備孔狀p-g_C3N4
如圖6所示，一種多孔石墨相氮化碳材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)稱(chēng)取20g三聚氰胺溶于300 ml溫度為80 °C的去離子水中，攪拌1.5 h，冷卻至室溫;
(2)將20ml濃度為10 mol/L的HC1溶液滴加到步驟(1)的溶液中，攪拌lh ;
(3)將步驟(2)得到的混合液置于烘箱60°C干燥20 h，得到白色粉末；
(4)將步驟(3)得到的白色粉末置于馬弗爐煅燒，煅燒過(guò)程為先快速升溫到470°C，恒溫3 h ;然后快速升溫到510 °C，恒溫3 h，最后得p-g_C3N4材料。
[0024]將實(shí)施例2制備的材料，經(jīng)X-射線衍射儀掃描后，見(jiàn)圖1，制備的p-g_C3N4和普通方法(實(shí)施例1)制備的g-C3N4—樣，具有類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)。
[0025]將實(shí)施例2制備的p-g_C3N4材料，經(jīng)傅里葉變換紅外光譜儀觀察，見(jiàn)圖2，孔狀p-g-C3N4和g-C3N4 (實(shí)施例1)在1200-1800 cm 1具有類(lèi)似的紅外吸收峰，表明制備的p-g-C3N4和g-C 3N4—樣，具有類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)