本發(fā)明涉及一種新型碳微晶材料及其合成方法，屬于無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：納米材料因其獨特的物理化學(xué)和光學(xué)特性，已成為材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。其中，碳納米材料成為綠色納米技術(shù)中最具有研究活力和發(fā)展?jié)摿Φ囊活惣{米材料。碳納米材料形態(tài)多樣且具備優(yōu)異的導(dǎo)電性、良好的生物相容性、穩(wěn)定的化學(xué)性能和大的比表面積等優(yōu)勢，在電子學(xué)、光學(xué)、催化化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)以及傳感器等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。目前，零維的富勒烯、一維碳納米管和二維石墨烯，在材料科學(xué)、生命科學(xué)和傳感器等領(lǐng)域已經(jīng)取得很大的進(jìn)展。作為新型的、零維碳納米材料，碳量子點不僅具有類似于傳統(tǒng)量子點的發(fā)光性能與小尺寸特性，而且還具有水溶性好、生物毒性低和導(dǎo)電性好的優(yōu)勢，使其在生物成像、生物標(biāo)記、傳感器、光催化、發(fā)光二極管等領(lǐng)域受到極大關(guān)注。作為類石墨材料g-c3n4（石墨相氮化碳），其化學(xué)性能穩(wěn)定，不溶于大多數(shù)溶劑。作為多功能不含金屬的聚合物半導(dǎo)體材料，由于其獨特的電子帶隙結(jié)構(gòu)及表面組成性質(zhì)而被廣泛應(yīng)用，在多相催化領(lǐng)域表現(xiàn)出較高的催化活性。g-c3n4有類似于石墨的層狀結(jié)構(gòu)，其層與層之間是通過范德華力相互作用堆疊在一起，具有似苯環(huán)的大π鍵，形成高度離域的共軛體系。以有機(jī)物為原料制備納米碳材料時，有機(jī)物在空氣中（或惰性氣氛下）加熱到較高溫度時，將發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，所含的h、o、n等元素含量不斷減少，經(jīng)歷碳化過程形成碳材料。隨著溫度的升高，有機(jī)物中化學(xué)鍵部分發(fā)生斷裂，并形成更穩(wěn)定的鍵。一般在生成低分子（如co2、h2o和少量焦油等）同時，還會發(fā)生芳構(gòu)化和芳香環(huán)的縮合、聚合過程，其過程取決于原料的組成結(jié)構(gòu)和環(huán)境條件。在溫度低于800℃時，得到的碳材料通常以無定形碳形式存在，沒有宏觀的晶體學(xué)性質(zhì)，其結(jié)構(gòu)特點是：層平面不完整，存在空穴、位錯、雜原子以及其他雜質(zhì)等各種缺陷；層平面不像石墨那樣有序，擇優(yōu)取向性差；層間距大，且層間有碳原子或其他基團(tuán)；尺寸較小等。只有在更高的溫度下才將逐步向有序的石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。因此制備新型功能性的納米碳材料，關(guān)鍵是設(shè)計構(gòu)筑其構(gòu)―效關(guān)系，選擇結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)可控的合成方法。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對目前制備含碳納米功能材料的技術(shù)難題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有特定結(jié)構(gòu)與性能的新型碳微晶材料；另一目的在于提供一種簡便的、低成本、可靠的新型碳微晶材料的合成方法。為實現(xiàn)本發(fā)明目的，制備建立可控的制備方法是關(guān)鍵。為此，本發(fā)明通過大量的科學(xué)實驗研究，發(fā)現(xiàn)采用熱縮聚合成法，通過熱誘導(dǎo)c源的前驅(qū)物發(fā)生一系列的縮聚反應(yīng)形成碳微晶。具體技術(shù)方案如下：通過如下方法制備得到碳微晶材料：1、分別稱取有機(jī)物、無機(jī)催化劑機(jī)械混合均勻，行星式球磨機(jī)研磨，轉(zhuǎn)速為250~400轉(zhuǎn)/分鐘處理10~30分鐘。有機(jī)物/無機(jī)催化劑質(zhì)量比范圍優(yōu)選：10～4∶1。2、將上述混合后物料放入坩堝中，以3~10℃/分鐘速率升溫，在馬弗爐中500~650℃下焙燒1~2小時；3、然后冷至室溫，用去離子水洗滌至中性ph=7.0；在60℃~80℃溫度下干燥，再研磨和過篩，得到碳微晶材料。所述有機(jī)物選：葡萄糖、蔗糖、纖維素等單糖、低聚糖或多糖其中之一或兩種以上成分作為碳源。所述無機(jī)鹽催化劑選：碳酸氫鈉或其與碳酸鈉的混合物。本發(fā)明優(yōu)點及創(chuàng)新點在于：采用廉價的有機(jī)物作為碳源、無機(jī)鹽為催化劑，利用熱縮聚合成法制備了新型碳微晶材料。試驗表明，所合成的碳微晶具有較大的比表面積、豐富的孔結(jié)構(gòu)和化學(xué)穩(wěn)定性，分子結(jié)構(gòu)中官能團(tuán)豐富，含有sp2和sp3雜化的c原子，存在共軛分子體系。利用此碳材料可與環(huán)境光催化材料形成雜化結(jié)構(gòu)或構(gòu)成異質(zhì)結(jié)，能顯著地提高光催化材料吸附性能和催化效率，拓展了其應(yīng)用。經(jīng)本發(fā)明驗證，合成的碳微晶材料與g-c3n4光催化材料雜化復(fù)合后，表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附性能和顯著的光催化活性。為碳微晶在環(huán)境和能源領(lǐng)域的應(yīng)用提供了實驗和理論基礎(chǔ)，有望成為合成新型碳材料的通用和重要的方法。附圖說明圖1為本發(fā)明制備的碳微晶樣品的掃描電鏡圖，圖中，a-未處理、b-經(jīng)過后處理；圖2為本發(fā)明制備的碳微晶樣品的xrd分析圖譜；圖3為在不同焙燒溫度下本發(fā)明碳微晶樣品的紅外光譜圖；圖4為在不同焙燒溫度下本發(fā)明碳微晶樣品的拉曼光譜圖；圖5為微波法制備的本發(fā)明c/g-c3n4光催化材料的可見光性能及反應(yīng)速率常數(shù)，圖中，a-可見光性能，b-反應(yīng)速率常數(shù)；圖6為超聲法制備的本發(fā)明c/g-c3n4光催化材料的可見光性能及反應(yīng)速率常數(shù)，圖中，a-可見光性能，b-反應(yīng)速率常數(shù)。具體實施方式為對本發(fā)明進(jìn)行更好地說明，舉實施例如下：實施例1通過如下方法制備得到本發(fā)明碳微晶材料：1、分別稱取葡萄糖、碳酸氫鈉和碳酸鈉機(jī)械混合均勻，行星式球磨機(jī)研磨，轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘處理15分鐘。葡萄糖和碳酸氫鈉、碳酸鈉混合物的質(zhì)量比范圍優(yōu)選：9∶1。2、將上述混合后物料放入坩堝中，以9℃/分鐘速率升溫，在馬弗爐中500~650℃下焙燒1~2小時；3、然后冷至室溫，用去離子水洗滌至中性ph=7.0；在80℃溫度下干燥，再研磨和過篩，得到碳微晶材料。實施例2通過如下方法制備得到本發(fā)明碳微晶材料：1、分別稱取低聚糖和碳酸氫鈉機(jī)械混合均勻，行星式球磨機(jī)研磨，轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分鐘處理30分鐘。葡萄糖和碳酸氫鈉、碳酸鈉混合物的質(zhì)量比范圍優(yōu)選：5∶1。2、將上述混合后物料放入坩堝中，以4℃/分鐘速率升溫，在馬弗爐中500~650℃下焙燒1~2小時；3、然后冷至室溫，用去離子水洗滌至中性ph=7.0；在60℃溫度下干燥，再研磨和過篩，得到碳微晶材料。表1本發(fā)明制備的碳微晶樣品的比表面積及孔徑分析樣品比表面積（m2/g）吸附總孔體積(cm3/g)吸附平均孔徑(nm)500℃105.2520.1084.185550℃215.6050.1953.579600℃76.0640.0914.628應(yīng)用例在環(huán)境光催化領(lǐng)域應(yīng)用性能評價實驗：所采用試樣為本發(fā)明制備的碳微晶摻雜改性的聚合物半導(dǎo)體g-c3n4(石墨相氮化碳)，即碳微晶/氮化碳（c/g-c3n4），利用500w氙燈、420nm濾光片作為可見光源，用1×10-5mol/l的羅丹明溶液作為目標(biāo)降解物。性能評價實驗在光化學(xué)反應(yīng)儀上完成。具體操作步驟：準(zhǔn)確稱量25mg本發(fā)明碳微晶/氮化碳作為復(fù)合催化劑，將其分散于50ml的羅丹明溶液中，得到懸浮液；將懸浮液進(jìn)行超聲分散10min，避光攪拌30min。然后進(jìn)行光反應(yīng)，取樣間隔20min，反應(yīng)時間2h。取樣進(jìn)行離心分離，取其上清液用分光光度計在吸收波長λ=554nm下測量吸光度。實驗結(jié)果見圖5、6，可以看出：兩種方法所制備的碳微晶摻雜改性的系列c/g-c3n4復(fù)合催化劑的活性均與碳微晶的含量有關(guān)，其中以0.3%-c/g-c3n4樣品的催化效果最佳。微波法所制備0.3%-c/g-c3n4樣品對rhb降解率達(dá)61%，反應(yīng)速率常數(shù)是純g-c3n4約1.5倍；超聲法所制備0.3%-c/g-c3n4樣品對rhb降解率達(dá)51%，反應(yīng)速率常數(shù)是純g-c3n4約1.2倍。當(dāng)前第1頁12