本發(fā)明涉及功能復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種直接合成g-c3n4負(fù)載氧化鈰納米復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)：

g-c3n4材料由于具有類(lèi)石墨烯結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)官能化改性可在電、磁結(jié)構(gòu)上進(jìn)行調(diào)控，而產(chǎn)生電、光、磁以及催化等優(yōu)異特性。故而對(duì)于g-c3n4材料，使其作為功能材料使用，需要實(shí)現(xiàn)g-c3n4片層結(jié)構(gòu)的剝離以及類(lèi)石墨烯結(jié)構(gòu)的官能化。一般常用方法可以通過(guò)三聚氰胺首先在氣氛保護(hù)下加熱聚合、剝離得到g-c3n4材料；進(jìn)一步通過(guò)表面沉積金屬離子或者表面基團(tuán)化學(xué)改性等方法實(shí)現(xiàn)g-c3n4材料的功能化改造。

如何實(shí)現(xiàn)同時(shí)g-c3n4材料制備與功能化，這給制備技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)溶膠-凝膠自燃燒的方法，利用自燃燒過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量與自行構(gòu)建的氣氛條件，實(shí)現(xiàn)三聚氰胺的聚合與剝離，并同時(shí)完成金屬稀土氧化物的合成，在原位合成過(guò)程中，控制合成工藝條件，實(shí)現(xiàn)氧化鈰基于g-c3n4負(fù)載生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)g-c3n4負(fù)載納米氧化鈰的直接合成。

本發(fā)明通過(guò)溶膠-凝膠自燃燒直接合成g-c3n4負(fù)載氧化鈰納米復(fù)合材料，為g-c3n4制備與功能化提供了新的方法，亦可為有機(jī)-無(wú)機(jī)納米復(fù)合技術(shù)提供借鑒。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種工藝簡(jiǎn)單、快速可控的直接合成g-c3n4負(fù)載氧化鈰納米復(fù)合材料的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種直接合成g-c3n4負(fù)載氧化鈰納米復(fù)合材料的方法，所述方法采用溶膠-凝膠自燃燒直接合成法，以硝酸鈰為起始原料，輔助硝酸鹽為氧化劑，檸檬酸為絡(luò)合劑，在溶膠-凝膠化過(guò)程中加入三聚氰胺，經(jīng)加熱蒸發(fā)、去除溶劑得到凝膠，所得凝膠進(jìn)一步烘干，并誘發(fā)燃燒，直接生成g-c3n4負(fù)載氧化鈰的納米復(fù)合材料。

優(yōu)選的，所述方法包括以下步驟：

（1）以硝酸鈰或水合硝酸鈰為起始原料，加入去離子水，配制硝酸鈰溶液，后加入有機(jī)絡(luò)合劑檸檬酸，攪拌溶解；加入硝酸銨為輔助氧化劑，繼續(xù)攪拌溶解；之后，用氨水調(diào)節(jié)溶液ph值，得到待處理溶液；

（2）將待處理溶液加熱攪拌，蒸發(fā)去除水分，待粘度明顯增加時(shí)，加入三聚氰胺，繼續(xù)攪拌凝膠化，得到米黃色凝膠；所得米黃色凝膠置于真空干燥箱中，減壓烘干，得到干凝膠；

（3）將干凝膠置于石英燒杯中，經(jīng)熱誘發(fā)燃燒，利用燃燒所產(chǎn)生的熱量和構(gòu)建的氣氛條件，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物合成；搜集燃燒產(chǎn)物，進(jìn)行研磨，得到最終產(chǎn)物。

優(yōu)選的，所述步驟（1）中硝酸鈰溶液的濃度為0.25-0.45mol/l；有機(jī)絡(luò)合劑檸檬酸用量為：檸檬酸物質(zhì)的量為硝酸鈰物質(zhì)的量的1.5倍；調(diào)節(jié)ph值0.5-0.9。

優(yōu)選的，所述步驟（1）中硝酸銨的添加量為理論需氧量的0.40-0.75。

優(yōu)選的，所述步驟（2）中三聚氰胺的添加量為設(shè)計(jì)目標(biāo)負(fù)載氧化鈰質(zhì)量的10%至40%。

優(yōu)選的，所述步驟（2）中凝膠烘干方法采用真空烘干，烘干溫度60至80^oc。

優(yōu)選的，所述步驟（3）中的誘發(fā)燃燒采用熱誘發(fā)燃燒，誘發(fā)溫度300-400^oc，誘發(fā)平板或爐腔預(yù)先升溫至誘發(fā)溫度。

優(yōu)選的，所述用氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)28%。

采用本發(fā)明的技術(shù)方案的有益效果是：

本發(fā)明的特點(diǎn)在于直接利用溶膠-凝膠自燃燒過(guò)程中所構(gòu)建的化學(xué)合成條件與氣氛環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了納米氧化鈰合成的同時(shí)，達(dá)到g-c3n4合成與剝離，并實(shí)現(xiàn)兩者的原位復(fù)合。具體包括如下：

1、從工藝設(shè)計(jì)上，本發(fā)明利用溶膠-凝膠自燃燒一步合成稀土氧化物，并利用燃燒過(guò)程中釋放的熱量以及形成的氣氛條件，促使三聚氰胺聚合、片層剝離，一步直接形成氧化鈰/g-c3n4納米復(fù)合結(jié)構(gòu)；

2、從結(jié)構(gòu)控制上，含稀土元素并具有補(bǔ)充氧化劑的溶膠與三聚氰胺與混合，并吸附于三聚氰胺并進(jìn)一步凝膠化。在凝膠自燃過(guò)程中利用凝膠自燃燒瞬間放出的大量熱量及氣體，調(diào)控三聚氰胺向類(lèi)石墨烯g-c3n4材料轉(zhuǎn)化；

3、本發(fā)明針對(duì)類(lèi)石墨烯g-c3n4材料合成與功能化，實(shí)現(xiàn)了快速、可控的合成，為現(xiàn)g-c3n4功能化提供有效途徑；同時(shí)，該方法亦可為實(shí)現(xiàn)有機(jī)-無(wú)機(jī)納米復(fù)合提供了工藝借鑒。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1合成g-c3n4負(fù)載納米氧化鈰的x射線衍射圖譜；

圖2合成g-c3n4負(fù)載納米氧化鈰的高分辨透射電鏡照片；

圖3合成g-c3n4負(fù)載納米氧化鈰的x射線衍射圖譜；

圖4合成g-c3n4負(fù)載納米氧化鈰的紅外光譜圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

實(shí)施例1

以硝酸鈰為原料，溶于去離子水中配制100ml、0.45mol/l硝酸鈰溶液，后加入檸檬酸0.0675mol，攪拌溶解，加入硝酸銨，調(diào)節(jié)體系實(shí)際可供氧量與所需氧量的比例在0.50；待完全溶解后，以28wt%的氨水調(diào)節(jié)ph至0.5；所得溶液置于水浴中加熱攪拌，蒸發(fā)部分水分后，加入設(shè)計(jì)合成氧化鈰質(zhì)量10%的三聚氰胺，繼續(xù)加熱攪拌，直至凝膠化，得到米黃色凝膠，將所得到的凝膠置于真空干燥箱80^oc干燥至恒重，得到干凝膠；所得干凝膠置于石英燒杯中，經(jīng)400^oc1分鐘左右誘發(fā)燃燒，收集燃燒產(chǎn)物經(jīng)研磨，得到最終產(chǎn)物。所得產(chǎn)物呈暗灰色，產(chǎn)物x射線圖譜顯示其晶相為氧化鈰，衍射峰由于氧化鈰納米化明顯寬化（如圖1所示）；產(chǎn)物高分辨電鏡表明所得產(chǎn)物為片狀材料負(fù)載氧化鈰納米結(jié)構(gòu)，所負(fù)載氧化鈰顆粒約為10納米。

實(shí)施例2

以硝酸鈰為原料，溶于去離子水中配制100ml、0.25mol/l硝酸鈰溶液，后加入檸檬酸0.0375mol，攪拌溶解，加入硝酸銨，調(diào)節(jié)體系實(shí)際可供氧量與所需氧量的比例在0.50；待完全溶解后，以28wt%的氨水調(diào)節(jié)ph至0.9；所得溶液置于水浴中加熱攪拌，蒸發(fā)部分水分后，加入設(shè)計(jì)合成氧化鈰質(zhì)量40%的三聚氰胺，繼續(xù)加熱攪拌，直至凝膠化，得到米黃色凝膠，將所得到的凝膠置于真空干燥箱60^oc干燥至恒重，得到干凝膠；所得干凝膠置于石英燒杯中，經(jīng)400^oc1分鐘左右誘發(fā)燃燒，收集燃燒產(chǎn)物經(jīng)研磨，得到最終產(chǎn)物。所得產(chǎn)物呈暗灰色，產(chǎn)物x射線圖譜顯示其晶相為氧化鈰，衍射峰由于氧化鈰納米化明顯寬化（如圖3所示），由氧化鈰主峰(111)估算氧化鈰晶粒尺寸約為10nm；產(chǎn)物的傅里葉-紅外光譜中3339cm^-1、1524cm^-1以及824cm^-1處吸收峰對(duì)應(yīng)于n-h、c=n、以及c-n-c的特征吸收，間接表明g-c3n4的生成；氧化鈰由于納米化，其在低波數(shù)700cm^-1左右吸收峰藍(lán)移、寬化（如圖4所示）。

硝酸鈰的濃度范圍選用0.25mol/l-5mol/l。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。