黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种黑磷/g‑C3N4复合可见光光催化材料，所述黑磷/g‑C3N4复合可见光光催化材料是黑磷和g‑C3N4球磨复合的产物，所述黑磷的重量占g‑C3N4重量的0.5‑50％。本发明专利技术首次将可见光响应半导体黑磷与g‑C3N4球磨复合，通过构建异质结构，有效提高了g‑C3N4的光催化效率，因此可将制备得到的黑磷/g‑C3N4复合可见光光催化材料用于降解有机污染物，尤其适用于降解有机光敏剂、光引发剂，例如罗丹明B等，在光催化降解有机物领域具有极大的应用前景；本发明专利技术的黑磷/g‑C3N4复合可见光光催化材料通过球磨法制备得到，制备方案简单、成本低。

Black phosphorus /g-C3N4 composite visible light photocatalytic material and its preparation method and Application

The invention discloses a black phosphorus /g C3N4 composite visible light photocatalytic material, the black phosphorus /g C3N4 composite visible light photocatalytic material is a compound of black phosphorus and G C3N4 ball mill, the weight of the black phosphorus accounts for 0.5 of the weight of G C3N4. It is the first time that the visible light response to the semiconductor black phosphorus is combined with the G C3N4 ball mill. By constructing the heterostructure, the photocatalytic efficiency of the G C3N4 is effectively improved. Therefore, the prepared /g C3N4 composite visible light photocatalyst can be used to degrade organic pollutants, especially for the degradation of organic photosensitizer and photoinitiator. Such as Luo Danming B and so on, it has great application prospect in the field of photocatalytic degradation of organic matter; the invention of black phosphorus /g C3N4 composite visible light photocatalytic material is prepared by ball milling, and the preparation scheme is simple and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米复合材料
，具体涉及一种黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着工业的发展，有机染料废水的不断排放，进入生态环境的染料的总量和种类逐渐增多，染料造成的生态污染越来越严重。工厂的染料在生产过程中被排放到工业废水中，在自然条件下会发生氧化、水解等物理化学反应，生成有毒副产物，极大危害人类生存环境。目前传统的治理污染手段，例如通过物理方法进行吸附，生物方法进行降解，化学方法进行氧化还原等，存在成本高、效率低等不足，因此发展一种高效、绿色、低成本的污染治理手段迫在眉睫。自从Fujishima等人发表了TiO2电极在光照条件下分解水制氢的工作后，光催化技术引起了各领域学者的重视。其中在光降解有机污染物领域，半导体材料，如TiO2等，在光的激发下会产生光生电子与空穴，接着会进一步产生OH-、O22-等活性自由基基团，这些活性基团会参与氧化还原反应将有机污染物矿物化，将有机污染物降解成无毒有机物小分子或者CO2、H2O等无机物。目前，TiO2材料在环境保护方面的应用已有报道，但是其仍然受限于对可见光利用率低和量子效率低等缺点。因此构建、发展具有广谱响应的高效光催化剂十分必要。g-C3N4是具有类石墨层状结构的可见光(吸收边450nm，禁带宽度2.7eV)响应半导体材料，其物理化学性质稳定且制备过程简单、成本低廉，是理想的光催化材料。但是，光生电子与空穴再复合率高使得g-C3N4光催化效率较差，因此为了提高g-C3N4的光催化效率，需要对g-C3N4进行改性修饰。通过选择不同的半导体进行异质结的构建是一种有效的策略，利用不同半导体能带结构的差异性构建能级差，有利于促进光生电子与空穴的分离，提高复合光催化材料的催化效率。黑磷作为一种新型的半导体材料，具备类石墨层状结构，是一种直接带隙半导体材料(禁带宽度0.3eV)，其对光的响应可拓展到红外光区；同时其禁带宽度还可通过调控黑磷烯的层数进行改变。其独特的光化学性质引起了人们的广泛注意。
技术实现思路
本专利技术的目的是将可见光响应半导体黑磷与g-C3N4复合，通过构建异质结构，制备黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料，以提高了g-C3N4的光催化效率。本专利技术采用的技术方案是：一种黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料，所述黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料是黑磷和g-C3N4复合的产物，所述黑磷的重量占g-C3N4重量的0.5-50％。进一步优选的，所述黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料是黑磷和g-C3N4球磨复合的产物。优选的，所述黑磷的重量占g-C3N4重量的0.5-40％，更优选的，所述黑磷的重量占g-C3N4重量的0.8-30％，更具体的，所述黑磷的重量占g-C3N4重量的1％，或者，所述黑磷的重量占g-C3N4重量的5％，或者，所述黑磷的重量占g-C3N4重量的10％，或者，所述黑磷的重量占g-C3N4重量的30％，或者，所述黑磷的重量占g-C3N4重量的40％。优选的，所述黑磷为球磨黑磷粉末、黑磷纳米片或黑磷量子点。本专利技术的另一个目的在于提供一种黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料的制备方法，包括以下步骤：1)将尿素煅烧，研磨，即得到g-C3N4；2)将黑磷晶体分散在有机溶剂中，超声处理，分离，干燥，得到黑磷粉末；3)将黑磷粉末和g-C3N4分散于极性有机溶剂中，超声，再进行球磨处理，洗涤，干燥，即得到黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料。优选的，步骤1)中，所述煅烧在马弗炉中进行，煅烧的条件控制为：以2-10℃/min的升温速率升到450-600℃，然后保温60-120min，随后在60-120min内降温至室温。更优选的，炉煅烧的条件控制为：以5-8℃/min的升温速率升到500-600℃，然后保温90-120min，随后在90-120min内降温至室温。优选的，步骤2)中，有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮，依次进行探头超声处理和冰水浴超声处理，其中，探头超声处理的条件控制为：超声功率为500-1200W，超声时间为2-8h；冰水浴超声处理的条件控制为：超声功率为200-500W，超声时间为8-15h。更优选的，探头超声处理的条件控制为：超声功率为800-1000W，超声时间为2-5h；冰水浴超声处理的条件控制为：超声功率为300-500W，超声时间为10-12h。更具体的，探头超声处理的条件控制为：超声功率为1000W，超声时间为3.5h；冰水浴超声处理的条件控制为：超声功率为350W，超声时间为10h。优选的，步骤2)中，黑磷晶体的质量与有机溶剂(N-甲基吡咯烷酮)的体积比为1g:500-1000mL；采用离心分离，离心分离过程采用无水乙醇进行离心清洗，离心转速为3500-5000r/min。更优选的，黑磷晶体的质量与N-甲基吡咯烷酮溶剂的体积比为1g:800-1000mL，更优选的，黑磷晶体的质量与N-甲基吡咯烷酮溶剂的体积比为1g:1000mL。步骤2)中，将黑磷晶体分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂中，依次进行探头超声、冰水浴超声处理，可以将黑磷晶体制备成黑磷粉末，即较薄的黑磷纳米片或黑磷量子点。优选的，步骤3)中，极性有机溶剂选自低级醇，优选无水乙醇；g-C3N4和黑磷粉末的质量比为1:0.005-0.5，添加的乙醇的质量为黑磷粉末和g-C3N4的总质量的10-50倍。更优选的，g-C3N4和黑磷粉末的质量比为1:0.01-0.1，添加的乙醇的质量为黑磷粉末和g-C3N4的总质量的20-50倍。优选的，步骤3)中，所述超声为水浴超声，水浴超声的条件控制为：超声功率为200-500W，超声时间为2-5min。更优选的，水浴超声的条件控制为：超声功率为350W，超声时间为3min。优选的，步骤3)中，球磨处理的条件控制为：转速为100-300r/min，球磨时间为3-10h。更优选的，球磨处理的条件控制为：转速为150-250r/min，球磨时间为5-8h。更具体的，本专利技术还提供了黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料的制备方法，包括以下步骤：1)g-C3N4的制备：将5-25g尿素置于刚玉坩埚中，放在马弗炉中，从室温以2-10℃/min的升温速率升到450-600℃，然后保温60-120min，随后在60-120min内降至室温，研磨样品，即可制备得到g-C3N4；2)黑磷的制备：将黑磷晶体用研钵磨碎，然后加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，进行探头超声6h、冰水浴超声10h，然后用无水乙醇离心清洗，取4000r/min离心转速的沉淀物，真空干燥。即可制备得到黑磷；3)黑磷/g-C3N4复合材料的制备：称取一定量的g-C3N4材料和不同质量的已制备的黑磷粉末，加入无水乙醇，水浴超声3min，转移到研磨罐中，在100-300r/min的转速下球磨3-10h，最后将样品用无水乙醇清洗3次，放在真空干燥箱中过夜干燥，即可得到黑磷/g-C3N4复合材料。本专利技术还提供了黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料在有机物降解中的应用。本专利技术制备得到的黑磷/g-C3N4复合可见光光催材料具有较高的光催化效率，可用于可见光光降解有机污染物，尤其适用于降解有机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黑磷/g‑C3N4复合可见光光催化材料，其特征在于，所述黑磷/g‑C3N4复合可见光光催化材料是黑磷和g‑C3N4复合的产物，所述黑磷的重量占g‑C3N4重量的0.5‑50％。

【技术特征摘要】
1.一种黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料，其特征在于，所述黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料是黑磷和g-C3N4复合的产物，所述黑磷的重量占g-C3N4重量的0.5-50％。2.根据权利要求1所述的黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料，其特征在于，所述黑磷为球磨黑磷粉末、黑磷纳米片或黑磷量子点。3.权利要求1或2所述的黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将尿素煅烧，研磨，即得到g-C3N4；2)将黑磷晶体分散在有机溶剂中，超声处理，分离，干燥，得到黑磷粉末；3)将黑磷粉末和g-C3N4分散于极性有机溶剂中，超声，球磨处理，洗涤，干燥，即得到黑磷/g-C3N4复合可见光光催化材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述煅烧在马弗炉中进行，煅烧的条件控制为：以2-10℃/min的升温速率升到450-600℃，然后保温60-120min，随后在60-120min内降温至室温。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮，依次进行探头超声处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻学锋，童睿锋，王佳宏，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44