多孔GCSUB3/SUBNSUB4/SUB半导体材料的制备方法.pdf

1、10申请公布号CN104310321A43申请公布日20150128CN104310321A21申请号201410469169122申请日20140915C01B21/08220060171申请人浙江大学地址310027浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号72发明人杨辉蔡奇风沈建超冯宇申乾宏74专利代理机构杭州中成专利事务所有限公司33212代理人周世骏54发明名称多孔GC3N4半导体材料的制备方法57摘要本发明是关于半导体材料领域，旨在提供多孔GC3N4半导体材料的制备方法。本发明包括如下步骤取三聚氰胺粉体置于坩埚舟中，并将其放入管式炉中，升温热处理，再冷却，得到黄色块状GC3N4固体进行研磨

2、；将GC3N4颗粒装入球磨罐中，进行球磨预处理；在球磨后的料浆中加入相同球磨溶剂，进行烘干，获得GC3N4颗粒；将得到的GC3N4颗粒分散于乙醇中，并超声处理使其分散；在GC3N4的乙醇分散液中加入硫酸调节其PH，再水热反应，制备出多孔GC3N4。本发明的有益效果是通过球磨工艺与质子化作用的结合，较为便捷地制备出多孔GC3N4，解决了传统方法所制备GC3N4比表面积小、效率低问题。51INTCL权利要求书1页说明书3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页10申请公布号CN104310321ACN104310321A1/1页21多孔GC3N4半导体材料的制备方

3、法，其特征在于，包括如下步骤步骤A首先取三聚氰胺粉体均匀置于刚玉坩埚舟中，并将其放入管式炉中，通入氩气将管式炉中的空气排尽，在氩气保护气氛下，在10MIN内升温到380，然后再以5/MIN的速率升温到热处理温度，待热处理后，冷却至室温，得到黄色块状GC3N4固体；将块状GC3N4固体在玛瑙研钵中研磨，得到GC3N4颗粒；其中，管式炉中的热处理温度为500600，热处理时间为2H5H；步骤B将GC3N4颗粒装入玛瑙球磨罐中，然后依次加入玛瑙球、球磨溶剂，并装入行星球磨机中进行球磨预处理；在球磨后的料浆中加入等体积的相同球磨溶剂，搅拌10MIN；将料浆放入烘箱中60烘干，获得球磨预处理的GC3N4

4、颗粒；其中，玛瑙球与球磨溶剂的质量比为101501；GC3N4颗粒与球磨溶剂的质量比为104114；所述球磨预处理的球磨时间为1H8H、球磨转速为100R/MIN500R/MIN；步骤C将球磨预处理得到的GC3N4颗粒分散于乙醇中，并超声处理1小时使其分散均匀；在GC3N4的乙醇分散液中逐滴加入硫酸水溶液调节体系PH值为14，然后将其在水浴条件下预处理，最后转移至水热反应釜进行水热反应13次；待其冷却至室温后离心，并用去离子水和乙醇分别洗涤三次，所得的产物在60烘干处理，制备出多孔GC3N4；其中，GC3N4颗粒在乙醇中的固含量为10G/L30G/L；硫酸水溶液浓度为10G/L60G/L；所述

5、水浴条件下预处理的水浴处理温度为6090、时间为2H4H；水热反应温度为120180，水热反应时间为12H24H。2根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B中球磨溶剂为丙酮、异丙醇、正己烷中的任意一种。权利要求书CN104310321A1/3页3多孔GC3N4半导体材料的制备方法技术领域0001本发明是关于半导体材料领域，特别涉及多孔GC3N4半导体材料的制备方法。背景技术0002GC3N4是一种新型非金属半导体光催化剂，其特殊的半导体特性、高化学稳定性、无毒易制备、成本低廉等特点，使其在光催化领域具有广阔的应用前景。然而，较低的比表面积和量子效率却极大地限制了其发展。目前，制备多

6、孔GC3N4已成为一种常用的提高比表面积和量子效率的方法，不少文献均报道了通过硬模板法和软模板法制备多孔GC3N4。但是，硬模板法制备过程繁琐，成本较高，对环境危害大，不利于大规模投入生产；而软模板法容易导致碳残留等问题。因此，无模板制备多孔GC3N4成为当前研究的热点。发明内容0003本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种多孔GC3N4半导体材料的制备方法。0004为解决上述技术问题，本发明的解决方案是0005提供一种多孔GC3N4半导体材料的制备方法，包括如下步骤0006步骤A首先取三聚氰胺粉体均匀置于刚玉坩埚舟中，并将其放入管式炉中，通入氩气将管式炉中的空气排尽，在氩气

7、保护气氛下，在10MIN内升温到380，然后再以5/MIN的速率升温到热处理温度，待热处理后，冷却至室温，得到黄色块状GC3N4固体；将块状GC3N4固体在玛瑙研钵中研磨，得到GC3N4颗粒；0007其中，管式炉中的热处理温度为500600；热处理时间为2H5H；0008步骤B将GC3N4颗粒装入玛瑙球磨罐中，然后依次加入玛瑙球、球磨溶剂，并装入行星球磨机中进行球磨预处理；在球磨后的料浆中加入等体积的相同球磨溶剂，搅拌10MIN；将料浆放入烘箱中60烘干，获得球磨预处理的GC3N4颗粒；0009其中，玛瑙球与球磨溶剂的质量比为101501；GC3N4颗粒与球磨溶剂的质量比为104114；001

8、0所述球磨预处理的球磨时间为1H8H、球磨转速为100R/MIN500R/MIN；0011步骤C将球磨预处理得到的GC3N4颗粒分散于乙醇中，并超声处理1小时使其分散均匀；在GC3N4的乙醇分散液中逐滴加入硫酸水溶液调节体系PH值为14，然后将其在水浴条件下预处理，最后转移至水热反应釜进行水热反应13次；待其冷却至室温后离心，并用去离子水和乙醇分别洗涤三次，所得的产物在60烘干处理，制备出多孔GC3N4；0012其中，GC3N4颗粒在乙醇中的固含量为10G/L30G/L；硫酸水溶液浓度为10G/L60G/L；0013所述水浴条件下预处理的水浴处理温度为6090、时间为2H4H；水热反应温度为1

9、20180，水热反应时间为12H24H。0014本发明中，所述步骤B中球磨溶剂为丙酮、异丙醇、正己烷中的任意一种。说明书CN104310321A2/3页40015本发明的工作原理本发明首先采用高能球磨技术对GC3N4块体进行预处理，将大尺寸GC3N4块体粉碎为亚微米级颗粒。然后以球磨后的GC3N4颗粒为原料，利用水热条件下，强酸对GC3N4的质子化的作用，使亚微米GC3N4颗粒表面分解并部分溶解形成多孔结构，从而有效提高GC3N4比表面积。0016与现有技术相比，本发明的有益效果是0017通过球磨工艺与质子化作用的结合，较为便捷地制备出多孔GC3N4，避免了模板法的工艺繁琐以及对环境不友好等不

10、足，解决了传统方法所制备GC3N4比表面积小、量子效率低的问题。同时，该方法制备的GC3N4表面具有更多的活性位点，因而表现出更优异的光催化性能。具体实施方式0018下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述0019多孔GC3N4半导体材料的制备方法，包括以下步骤0020步骤A首先取三聚氰胺粉体均匀置于刚玉坩埚舟中，并将其放入管式炉中，通入氩气将管式炉中的空气排尽，在氩气保护气氛下，在10MIN内升温到380，然后再以5/MIN的速率升温到热处理温度，热处理一定时间后，冷却至室温，得到黄色块状GC3N4固体；将块状GC3N4固体在玛瑙研钵中研磨，得到GC3N4颗粒；0021其中，管式炉中的热

11、处理温度为500600；热处理时间为2H5H；0022步骤B将GC3N4颗粒装入玛瑙球磨罐中，然后依次加入玛瑙球、球磨溶剂，并装入行星球磨机中进行球磨预处理；在球磨后的料浆中加入等体积的相同球磨溶剂，搅拌10MIN；将料浆放入烘箱中60烘干，获得球磨预处理的GC3N4颗粒；0023其中，玛瑙球与球磨溶剂的质量比为101501；GC3N4颗粒与球磨溶剂的质量比为104114；所述球磨预处理的球磨时间为1H8H、球磨转速100R/MIN500R/MIN。0024步骤C将球磨预处理得到的GC3N4颗粒分散于乙醇中，并超声处理1小时使其分散均匀；在GC3N4的乙醇分散液中逐滴加入硫酸水溶液调节体系PH

12、值为14，然后将其在水浴条件下预处理，最后转移至水热反应釜进行水热反应13次；待其冷却至室温后离心，并用去离子水和乙醇分别洗涤三次，所得的产物在60烘干处理，制备出多孔GC3N4；0025其中，GC3N4颗粒在乙醇中的固含量为10G/L30G/L；硫酸水溶液浓度为10G/L60G/L；所述水浴条件下预处理的水浴处理温度为6090、水浴处理时间为2H4H；水热反应温度为120180，水热反应时间为12H24H。0026下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。分别通过8个实施例成功制得多孔GC3N4半导体材料的制备方法，各实施例中的试验数据见下表1。0027表1实施例数据表0028说明书CN104310321A3/3页500290030最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。说明书CN104310321A