硼掺杂三维氮化碳的合成方法及三维氮化碳的应用与流程

本发明涉及氮化碳合成，具体涉及一种硼掺杂三维氮化碳的合成方法及三维氮化碳的应用。

背景技术：

1、能源短缺和环境污染问题一直是全球所关注的话题，传统化石能源存在不可再生和环境严重污染等问题，而太阳能具有取之不尽、洁净无污染、安全性高和分布广泛等优点。基于半导体催化剂的太阳能-化学能转化过程，也即人工光合作用，已逐渐成为绿色能源转化技术的最重要途径之一，光催化剂的研发也成为国内外研究的重点和热点。

2、石墨相氮化碳因其制备简单、含氮量丰富、无毒、稳定性好等优点而受到广泛关注。块状氮化碳仍存在一些缺点，包括导电性差、光响应范围窄、缺乏有效活性位点等问题。因此，有必要对氮化碳结构进行设计和修饰，以提高催化性能。具有可控几何形状的氮化碳纳米结构设计被证明是一种很有前途的改性策略。其中，三维氮化碳结构具有较大的比表面积、较短的电荷载流子运输距离以及较强的分子转移能力。另外，杂原子掺杂是一种可行且有吸引力的策略。硼的电负性(2.04)小于氮(3.04)和碳的电负性(2.55)，这有利于将带正电的硼原子引入到氮化碳基体中时，促进反应物的化学吸附。

3、因此，有必要对硼掺杂三维氮化碳的合成方法进行探索。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种硼掺杂三维氮化碳的合成方法，无需先制备得到块体氮化碳，将硫脲与硼氢化钠直接混合研磨后依次焙烧和煅烧，制得的硼掺杂三维氮化碳形貌为蜂窝状，步骤简单、可操作性强。

2、为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种硼掺杂三维氮化碳的合成方法，包括以下步骤：

3、s1：将硫脲和硼氢化钠混合研磨；

4、s2：将研磨混合物升温至380～420℃，保温焙烧2.5～3.2h，冷却至室温；

5、s3：将s2所得混合物置于惰性气氛中升温至650～690℃，保温煅烧3h，冷却至室温；

6、s4：研磨s3所得混合物，得硼掺杂三维氮化碳。

7、进一步的，s2中焙烧温度为390～410℃；更进一步的，s2中焙烧温度为395～405℃，再进一步的，s2中焙烧温度为397～403℃，可选为400℃。

8、优选的技术方案为，硫脲和硼氢化钠的质量比为(120～500)：1。进一步的，硫脲和硼氢化钠的质量比为(120～400)：1，更进一步的为(120～200)：1，可选为20：0.15。

9、优选的技术方案为，s2中升温速率为3～5.5℃/min；进一步的s2中升温速率为4～5.5℃/min；更进一步的，s2中升温速率为4.4～5.5℃/min；再进一步的，s2中升温速率为4.7～5.2℃/min，可选为5℃/min。

10、优选的技术方案为，s3中升温速率为2.5～6℃/min；进一步的s2中升温速率为3～5.7℃/min；更进一步的，s2中升温速率为4.6～5.5℃/min；再进一步的，s2中升温速率为4.8～5.2℃/min，可选为5℃/min。

11、优选的技术方案为，s3中惰性气氛为氮气气氛。

12、优选的技术方案为，s2中焙烧在空气气氛下进行。

13、优选的技术方案为，s2中焙烧在马弗炉中完成，s3中煅烧在管式炉中完成。

14、本发明的目的之二在于提供一种三维氮化碳，由上述的硼掺杂三维氮化碳的合成方法制得。

15、本发明的目的之三在于提供上述的三维氮化碳在光催化中的应用，进一步的，三维氮化碳在光催化合成氨中的应用。

16、本发明的优点和有益效果在于：

17、该发明硼掺杂三维氮化碳的合成方法直接混合研磨硫脲和硼氢化钠，研磨所得混合物依次经焙烧和煅烧，制备得到的硼掺杂三维氮化碳形貌为蜂窝状，蜂窝结构有利于暴露活性位点，开放反应通道，促进反应物吸附活化；

18、无需先将硫脲煅烧得到块体氮化碳的步骤，焙烧温度明显低于制备块体氮化碳的煅烧温度，利于降低合成三维氮化碳的能耗；

19、与无掺杂的三维氮化碳相比，蜂窝状硼掺杂三维氮化碳的光催化合成氨催化性能明显提高。

技术特征：

1.一种硼掺杂三维氮化碳的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的硼掺杂三维氮化碳的合成方法，其特征在于，硫脲和硼氢化钠的质量比为(120～500)：1。

3.根据权利要求1所述的硼掺杂三维氮化碳的合成方法，其特征在于，s2中升温速率为3～5.5℃/min。

4.根据权利要求1所述的硼掺杂三维氮化碳的合成方法，其特征在于，s3中升温速率为2.5～6℃/min。

5.根据权利要求1所述的硼掺杂三维氮化碳的合成方法，其特征在于，s3中惰性气氛为氮气气氛。

6.根据权利要求1所述的硼掺杂三维氮化碳的合成方法，其特征在于，s2中焙烧在空气气氛下进行。

7.根据权利要求1所述的硼掺杂三维氮化碳的合成方法，其特征在于，s2中焙烧在马弗炉中完成，s3中煅烧在管式炉中完成。

8.三维氮化碳，其特征在于，由权利要求1至7中任意一项所述的硼掺杂三维氮化碳的合成方法制得。

9.权利要求8中所述的三维氮化碳在光催化中的应用。

技术总结
本发明公开了一种硼掺杂三维氮化碳的合成方法，包括以下步骤：S1：将硫脲和硼氢化钠混合研磨；S2：将研磨混合物升温至380～420℃，保温焙烧2.5～3.2h，冷却至室温；S3：将S2所得混合物置于惰性气氛中升温至650～690℃，保温煅烧3h，冷却至室温；S4：研磨S3所得混合物，得硼掺杂三维氮化碳。该发明硼掺杂三维氮化碳的合成方法直接混合研磨硫脲和硼氢化钠，研磨所得混合物依次经焙烧和煅烧，制备得到的硼掺杂三维氮化碳形貌为蜂窝状；免去事先将硫脲煅烧得到块体氮化碳的步骤，焙烧温度明显低于制备块体氮化碳的煅烧温度，利于降低合成三维氮化碳的能耗；蜂窝状硼掺杂三维氮化碳的光催化合成氨催化性能明显提高。

技术研发人员：朱玉香,朱龙,殷福华,丁冬海,肖国庆,徐杨
受保护的技术使用者：江阴江化微电子材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1