非等温热重法研究g-C3N4热分解动力学.pdf

杭祖圣等：非等温热重法研究g-C3N．热分解动力学 非等温热重法研究g-C3N4热分解动力学’ 杭祖圣1’2，谈玲华1’2，黄玉安2，应三九1，徐复铭1 摘要： 在半封闭系统中采用直接热解三聚氰胺的 盖)从室温逐步升温650℃并在此温度下热解2h，升温 方法制备了C3N。，XRD、XPS及元素分析的结果证明速率为lo℃／min，冷却至室温后，坩埚中留下橙红色 了产物是类石墨相C。N。(g-C。N。)。用热分析(TG／产物。 DTG)研究了g-C。N。的热分解过程。通过迭代法计 算了热分解反应活化能E，采用积分法结合36种动 力学函数来判断g-C。N。热分解的机理函数。计算结 Vario 果表明，g-CsN。的平均热分解活化能E为178．59kJ／ moI，可能的动力学函数积分形式是g(口)一[一In(1一谱由Bruker a)]‘，指前因子A为21．67s～，对应的热分解动力学片法)；采用日美纳米表画分析仪器公司的多功能平台 方程为： 能谱仪研究产物的键合状态。 百u一口儿一mu一神J。÷(1-口)[_ln(1刊]-3 —2丁8xpI—_—页亍～J 一da学exp(半等巡)XdT 2．2热分析 取半封闭法制得橙色粉末样品g-C。N。约2mg，采 关键词：非等温热重法；g-GN；；热分解动力学；迭代法 中图分类号：0643．12 文献标识码：A 文章编号：100卜973l(2011)02—0329-04 从363 1 引 言 线。 从原子结构方面考虑，氮比碳多一个电子，在氮掺 3结果与讨论 杂碳材料体系中，氮元素为体系的导带贡献更多的电 子，因此，氮掺杂的碳材料通常具有更好的导电性，半 3．1三聚氰胺热解产物结构分析 导体性碳管的禁带宽度在掺杂氮元素之后也会变 图1为半封闭条件中650℃热解三聚氰胺所得产 窄[1]，因此引起了研究者的广泛关注。类石墨相C。N。物的XRD谱图。 (g-C。N。)由三嗪环和锥形的氮桥组合而成，在强度上 不能与其它晶型相比，但其高度的稳定性及适中的能 带宽度(2．7eV)使其在润滑、催化剂载体、气体存储、 药物输送、非金属负载的催化剂等方面具有潜在的应 用价值[z-s]。因此，研究g-C。N。的热解行为，求取热解 参数，对合成高含氮量的碳氮化合物及拓展其应用范 围具有重要的指导意义。本研究工作中通过热重分析 的方法研究了半封闭法制备的g—C3N。的热解行为，通 过无模型方法计算热分解的动力学参数并进行了比 图1 产物的XRD谱图 1 XRD of 较；采用线性拟合的方法确定反应模型，为了避免反应 Fig spectrumproduct 模理选择引入的误差，采用了36种机理函数预测可能 由图1可知，样品存在2个峰，最强峰27．6。代表 的机理，以期为g-C。N。热分解机理的研究提供参考。 芳环系统典型的层间堆垛峰，该结果与文献E6]的理论 及实验结果相一致，最强峰对应于石墨相材料的(002) 2 实验 面。13。附近的小峰也代表芳环系统的层间堆垛，可以 2．1 g-C。N。的制备及表征 将三聚氰胺置于坩埚中，以半封闭状态(盖上坩埚 墨相结构。 -基金项目：国家安全重大基础研究资助项目(51340030202) 收到初稿日期：2010-06-07 收到修改稿日期：201