一種多孔石墨相氮化碳材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發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域。
【背景技術】
[0002]類石墨型氮化碳(g_C3N4)是氮化碳中最穩定的同素異形體，具有明顯的層狀結構，在生物、催化和能源儲備方面都有很好的應用前景。研究表明，材料的催化效果與其比表面積有著密切的聯系。例如，Su等【Su F Z，et al.Catalysis Science &Technology, 2012，2，1005】以腈胺為前驅體制備高比表面積氮化碳，用tBuOK和KOH溶液對其進行去質子化，結果表明，該材料對Knoevenagel縮合反應和酯交換反應表現出較高的催化活性。傳統方法制備出的g_C3N4比表面積小，抑制了其催化活性。通過本發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，有效增強了其催化活性。
[0003]高氯酸銨(AP)是固體推進劑中常用的氧化劑，含量占到整個配方的50%~80%，其特性對推進劑的性能至關重要，尤其是AP的熱分解特性與推進劑燃燒特性密切相關。因此研究催化劑對AP熱分解的催化作用可預估催化劑對AP系推進劑的催化效果。碳材料由于其優良的性能，已被應用于高氯酸銨(AP)催化領域。例如，王等【王學寶，等.火炸藥學報，2012, 35，76】通過溶膠-凝膠法制備了高氯酸銨/石墨烯氣凝膠(AP/GA)納米復合材料，將高氯酸銨的高溫分解溫度降低了 87.3 °C;崔等【崔平，等.火炸藥學報，2006，29，25】通過溶劑蒸發法制備了碳納米管(CNTs)/AP復合粒子，將高氯酸銨的高溫分解溫度降低了113.9 °C。基于以上分析，本發明采用簡便的方法制備的多孔石墨相氮化碳(p-g_C3N4)，對高氯酸銨(AP)的熱分解有更好的催化作用。
【發明內容】
[0004]本發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；此方法工藝簡單，操作方便，與傳統方法制備出的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，從而對高氯酸銨的熱分解表現出更佳的催化效果。
[0005]本發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)中攪拌時間為0.5-2 h。
[0010]所述步驟(3)中干燥溫度為50~80 °C，干燥時間為12~24 h。
[0011]本發明與現有技術相比，具有以下的有益效果:
(1)本發明首次以鹽酸和三聚氰胺為原料，利用無模板法合成了孔狀類石墨相氮化碳p-g-C3N4。本發明通過控制鹽酸和三聚氰胺的配比形成三聚氰胺鹽酸鹽，加熱縮聚過程中鹽酸揮發誘導形成孔狀結構，避免了模板法合成孔狀g_C3N4造成的合成過程繁瑣和環境污染問題，為合成孔狀g_C3N4提供了一種新方法。
[0012](2)與傳統方法制備的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，加速了電子轉移效率，有效提高了催化高氯酸銨(AP)熱分解的活性。
[0013](3)本方法原料價廉，制備工藝簡單，適合工業化大規模生產，在含能材料領域具有很高的應用前景和實用價值。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1制備的g_C3N4和實施例2制備的p-g-C 3N4的XRD曲線。
[0015]圖2為實施例2制備的p-g_C3N4的FT-1R曲線。
[0016]圖3為實施例3制備的p-g-C3N4的SEM圖片。
[0017]圖4為實施例4制備的p-g_C3N4的TEM圖片。
[0018]圖5為實施例2制備的p-g_C3N4催化高氯酸銨熱分解的性能測試曲線。
[0019]圖6為本發明一種p-g-C3N4材料的制備方法流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0021]實施例1 (對比實施例)制備g_C3N4
稱取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，在這個溫度下保溫焙燒1 h，接著5min內快速升溫到520°C，保溫焙燒1 h，冷卻研磨得黃色粉末樣品。
[0022]將實施例1制備的材料，經X-射線衍射儀掃描后，見圖1，為g_C3N4。
[0023]實施例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]將實施例2制備的材料，經X-射線衍射儀掃描后，見圖1，制備的p-g_C3N4和普通方法(實施例1)制備的g-C3N4—樣，具有類石墨結構。
[0025]將實施例2制備的p-g_C3N4材料，經傅里葉變換紅外光譜儀觀察，見圖2，孔狀p-g-C3N4和g-C3N4 (實施例1)在1200-1800 cm 1具有類似的紅外吸收峰，表明制備的p-g-C3N4和g-C 3N4—樣，具有類石墨結構