一种三嗪氮化碳材料及制备方法

阅读：评论：0

1.本发明涉及半导体材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种三嗪氮化碳材料及制备方法。

背景技术：

2.自2009年氮化碳聚合物发现至今，其在可见光催化领域受到广泛关注，并成为可见光响应催化剂的明星材料。然而，七嗪结构氮化碳面临激子结合能高、光生载流子复合严重、可见光吸收范围小、体相缺陷严重等问题，极大抑制了体相氮化碳的可见光催化活性表达。造成上述问题最主要问题是，高温合成过程中，七嗪结构单体之间桥联聚合的随机性。三嗪氮化碳属于另一种氮化碳结构，其三嗪结构赋予其较小的π共轭结构，但其结晶性高，而高结晶性有利于提升载流子在催化剂结构单体中运动，降低激子结合能。
3.目前，三嗪氮化碳的调控主要运用熔盐法，通过在三嗪前驱体中引入无机含卤素盐(如：kcl/licl)等作为高温熔盐，实现高性能光催化响应三嗪氮化碳的合成。但熔盐法使用的无机含卤素混合盐极易吸潮，且在实际制备中容易形成金属阳离子插层或元素掺杂等效果，从而得到氮化碳衍生物。有研究表明偶氮桥联可有效拓展氮化碳的吸光范围与调谐氮化碳的光生载流子动力学过程，通过偶氮结构引入，可实现光催化降解染料效果的提升(journal of the american chemical society,2019,141,13,55415-5436)，但该类型研究多聚焦于七嗪结构氮化碳的改性，七嗪结构氮化碳材料在可见光响应能力上、光生载流子迁移能力调控上效果均较差。为此，我们提出了一种三嗪氮化碳材料及制备方法来解决上述问题。

技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种三嗪氮化碳材料及制备方法，在结构上与传统七嗪与三嗪氮化碳不同，在可见光响应能力上、光生载流子迁移能力调控上均得到改善，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种三嗪氮化碳材料，包括若干个六元杂环结构，若干个六元杂环结构通过偶氮键桥联连接。
6.在一个优选地实施方式中，所述六元杂环结构均含3个氮原子。
7.在一个优选地实施方式中，一种用于制备三嗪氮化碳材料的制备方法，具体包括如下步骤：
8.步骤一：预组装，将前驱体三聚氰胺、三氯三聚氰胺置入溶剂热反应釜中，以乙腈为溶剂，三聚氰胺作为三嗪基元，将三氯三聚氰胺作为偶氮结构单体，在室温下搅拌12小时，进行预组装，生成中间体a；
9.步骤二：氮氛加热，向步骤一中生成的中间体a的基础上加入缚酸剂，通入保护气，在保护气氛围下，进行加热并保温，加热至150℃，保温12小时后，自然降温至室温，生成中间体b；
10.步骤三：生成最终产物，将步骤二生成的中间体b冷却至室温后，经乙腈、乙醇、去离子水洗涤后得到偶氮桥联的三嗪基氮化碳。
11.在一个优选地实施方式中，步骤二中缚酸剂选择三乙胺，惰性保护气选择氮气。
12.在一个优选地实施方式中，所述步骤二中加热方式采用水热加热方法。
13.在一个优选地实施方式中，所述步骤二中氮氛加热过程中在氮气中加热至150℃，保温12小时后。
14.一种聚合物半导体器件，其包含所述三嗪氮化碳材料。
15.一种光催化剂，其包含所述三嗪氮化碳材料，用于光催化氧化苯硼酸制苯酚。
16.一种光催化剂，其包含所述三嗪氮化碳材料，用于光催化降解有机染料。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
18.本技术将三聚氰胺作为三嗪基元，三氯三聚氰胺作为偶氮结构单体，制备一种新型的偶氮桥联的三嗪基氮化碳，在结构上与传统七嗪与三嗪氮化碳不同，结构新颖、制备过程简单，其可见光吸收范围达到560nm，且具有良好的光生载流子分离与迁移特性，在20min内可完成罗丹明b的可见光降解。
附图说明
19.图1为本发明提出的三嗪氮化碳材料的分子结构示意图。
20.图2为本发明提出的用三聚氢胺和三氯三聚氰胺生成偶氮桥联三嗪氮化碳的化学式示意图。
21.图3为本发明提出的偶氮桥联三嗪氮化碳与七嗪氮化碳的xrd图。
22.图4为本发明提出的偶氮桥联三嗪氮化碳与七嗪氮化碳的ir图。
23.图5为本发明提出的偶氮桥联三嗪氮化碳与七嗪氮化碳的sem图。
24.图6为本发明提出的偶氮桥联三嗪氮化碳与七嗪氮化碳的bet图。
25.图7为本发明提出的偶氮桥联三嗪氮化碳的tem图。
26.图8为本发明提出的偶氮桥联三嗪氮化碳的uv-vis图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
28.实施例1
29.如附图1-8所示，本实施例提供一种三嗪氮化碳材料，具体包括若干个含3个氮原子的六元杂环结构，若干个含3个氮原子的六元杂环结构通过偶氮键桥联成一个整体，请参照图2；
30.本实施例还提供一种用于制备三嗪氮化碳材料的制备方法，将一定量三聚氰胺与三氯三聚氰胺加入乙腈溶液中，待搅拌一小时后，加入一定量三乙胺作为缚酸剂，待搅拌12小时后，置于水热烘箱中，惰性气体保护，本实施例中惰性气体为氮气，升温至150℃后保温12小时。待样品冷却至室温，先后用乙腈、乙醇、去离子水多次冲洗，制得催化剂。
31.本实施例还提供一种将制备的三嗪氮化碳材料作为光催化剂，光催化降解有机染料的方式，具体为：取30mg偶氮桥联三嗪基氮化碳加入80ml罗丹明b水溶液中，在室温条件
下，以氙灯为光源，经20分钟照射后，罗丹明b被完全降解。
32.实施例2：
33.如附图1-8所示，本实施例提供一种三嗪氮化碳材料，具体包括若干个含3个氮原子的六元杂环结构，若干个含3个氮原子的六元杂环结构通过偶氮键桥联成一个整体，请参照图2；
34.本实施例还提供一种用于制备三嗪氮化碳材料的制备方法，将一定量三聚氰胺与三氯三聚氰胺加入乙腈溶液中，待搅拌一小时后，加入一定量三乙胺作为缚酸剂，待搅拌12小时后，置于水热烘箱中，惰性气体保护，本实施例中惰性气体为氮气，升温至150℃后保温12小时。待样品冷却至室温，先后用乙腈、乙醇、去离子水多次冲洗，制得催化剂。
35.本实施例还提供一种将制备的三嗪氮化碳材料作为光催化剂，光催化氧化苯硼酸制苯酚，具体为：将10mg偶氮桥联三嗪基氮化碳置于苯硼酸、乙腈和三乙胺混合溶液中，以o2为氧源，以420nmled灯为光源，反应6小时后，可实现99％以上的苯酚合成。
36.其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
37.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种三嗪氮化碳材料，其特征在于：包括若干个六元杂环结构，若干个六元杂环结构通过偶氮键桥联连接。2.根据权利要求1所述的一种三嗪氮化碳材料及制备方法，其特征在于：所述六元杂环结构均含3个氮原子。3.一种三嗪氮化碳材料的制备方法，用于制备三嗪氮化碳材料，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤一：预组装，将前驱体三聚氰胺、三氯三聚氰胺置入溶剂热反应釜中，以乙腈为溶剂，三聚氰胺作为三嗪基元，将三氯三聚氰胺作为偶氮结构单体，在室温下搅拌12小时，进行预组装，生成中间体a；步骤二：氮氛加热，向步骤一中生成的中间体a的基础上加入缚酸剂，通入保护气，在保护气氛围下，进行加热并保温，加热至150℃，保温12小时后，自然降温至室温，生成中间体b；步骤三：生成最终产物，将步骤二生成的中间体b，经乙腈、乙醇、去离子水洗涤后得到偶氮桥联的三嗪基氮化碳。4.根据权利要求8所述的一种三嗪氮化碳材料的制备方法，其特征在于：步骤二中缚酸剂选择三乙胺，惰性保护气选择氮气。5.根据权利要求8所述的一种三嗪氮化碳材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中加热方式采用水热加热方法。6.根据权利要求8所述的一种三嗪氮化碳材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中氮氛加热过程中在氮气中加热至150℃，保温12小时后。7.一种聚合物半导体器件，其特征在于：其包含权利要求1-2所述的三嗪氮化碳材料。8.一种光催化剂，其特征在于：其包含权利要求1-2所述的三嗪氮化碳材料，用于光催化氧化苯硼酸制苯酚。9.一种光催化剂，其特征在于：其包含权利要求1-2所述的三嗪氮化碳材料，用于光催化降解有机染料。

技术总结

本发明公开了一种三嗪氮化碳材料及制备方法，属于半导体材料技术领域，包括若干个六元杂环结构，若干个六元杂环结构通过偶氮键桥联连接，六元杂环结构均含3个氮原子。本发明制备一种新型的偶氮桥联的三嗪基氮化碳，在结构上与传统七嗪与三嗪氮化碳不同，结构新颖、制备过程简单，在可见光响应能力上、光生载流子迁移能力调控上均得到改善。迁移能力调控上均得到改善。迁移能力调控上均得到改善。