InVO4/g‑C3N4复合材料的制备方法技术

本发明专利技术是关于半导体材料领域，旨在提供InVO4/g‑C3N4复合材料的制备方法。本发明专利技术包括如下步骤：将H2SO4水溶液逐滴加入三聚氰胺水溶液中形成白色悬浮液；80℃下搅拌2h后获得沉淀，过滤，并用蒸馏水和无水乙醇洗涤，干燥处理后获得三聚氰胺硫酸盐；获得g‑C3N4颗粒；将g‑C3N4颗粒分散到无水乙醇中得到分散体系，将偏钒酸铵水溶液逐滴加入该混合溶液中形成黄色澄清溶液；搅拌获得沉淀，过滤、洗涤，加入表面活性剂并进行水热反应；所得沉淀过滤，获得InVO4/g‑C3N4复合材料。本发明专利技术的有益效果是：解决了InVO4纳米晶的形核、生长问题，促使InVO4纳米晶在疏松g‑C3N4颗粒表面原位生长。

【技术实现步骤摘要】
InVO4/g-C3N4复合材料的制备方法
本专利技术是关于半导体材料领域，特别涉及InVO4/g-C3N4复合材料的制备方法。
技术介绍
类石墨状氮化碳(g-C3N4)因其良好的化学稳定性、合适的能带位置以及经济环保等特性，在太阳能利用、环境保护等领域展现出良好的应用前景，已引起广泛关注。但纯相g-C3N4能隙约为2.7eV，只能利用460nm以下的太阳光，且聚合产物为密实块体颗粒，存在比表面积低、光生载流子分离能力较弱、光催化活性差等问题，限制了该材料的广泛应用。目前，已有研究采用元素掺杂、多孔和纳米结构构造、半导体异质复合等方法改善g-C3N4基复合材料的结构形貌特性，从而提高其光催化性能。其中，利用半导体异质复合是一种切实可行地设计高量子效率g-C3N4基复合光催化材料的重要方法。InVO4是一种重要的窄带隙半导体，禁带宽度约为2.0eV，可以有效利用太阳光，但是纳米InVO4晶粒的量子效率仍然较低，同样阻碍了它的实际应用。g-C3N4和InVO4的能带位置较为匹配，可以通过构造InVO4/g-C3N4复合异质结构，促进光生电子-空穴对分离，提高复合材料量子效率。目前，相关研究仍未见报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种InVO4/g-C3N4复合材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种InVO4/g-C3N4复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤A：在搅拌条件下，将H2SO4水溶液逐滴加入三聚氰胺水溶液中形成白色悬浮液；80℃下搅拌2h后获得沉淀；将沉淀过滤，并用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤三次，在60℃干燥处理24h后获得三聚氰胺硫酸盐；将三聚氰胺硫酸盐放入刚玉舟中，随后放置在管式炉中进行烧结；冷却至室温后，将获得的黄色聚合产物研磨至粉状颗粒，获得g-C3N4颗粒；其中，H2SO4水溶液的摩尔浓度为0.02mol/L～2mol/L，三聚氰胺水溶液的摩尔浓度为0.02mol/L～2mol/L，控制反应物的量使H2SO4与三聚氰胺的摩尔比为5∶1～1∶2；管式炉中烧结的保护气氛为惰性气体；烧结机制为先快速升温至380℃，然后缓慢升温至450℃～550℃，并保温2h-6h，其中快速升温段升温速率为10℃/min，缓慢升温段升温速率为2℃/min；步骤B：将g-C3N4颗粒分散到无水乙醇中得到分散体系，超声处理15min后，在50r/min的转速下向分散体系中逐滴加入三氯化铟(InCl3)水溶液，继续搅拌18h后，得到混合溶液；将偏钒酸铵(NH4VO3)水溶液逐滴加入该混合溶液中形成黄色澄清溶液；采用氨水调节溶液体系pH值至4，搅拌4h后获得沉淀；将沉淀过滤、洗涤3次，加入表面活性剂并转移至水热反应釜进行水热反应；水热反应后所得沉淀过滤，并用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤三次，60℃干燥处理12h后，从而获得InVO4/g-C3N4复合材料；其中，g-C3N4颗粒在分散体系中的固含量为0.5％～2％，三氯化铟(InCl3)水溶液的摩尔浓度为0.05mol/L～0.2mol/L，偏钒酸铵(NH4VO3)水溶液的摩尔浓度为0.05mol/L～0.2mol/L；控制反应物的量使In与g-C3N4的摩尔比为1∶1～1∶10，钒(V)与铟(In)的摩尔比为4∶1～1∶1；表面活性剂加入量为沉淀物重量的0.1wt％～0.5wt％；水热反应温度为150℃～200℃，水热反应时间为6h～20h。本专利技术中，所述步骤A中黄色聚合产物的研磨工艺为球磨工艺，该工艺条件为：球料比30∶1，球磨速率200转/min，球磨时间4h。本专利技术中，所述步骤B中的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。本专利技术中，所述步骤A中的惰性气体为氩气。本专利技术的工作原理：本专利技术通过硫酸对三聚氰胺的质子化，降低了三聚氰胺聚合能，使三聚氰胺能在更低温度下发生聚合反应，成功制备出表面Zeta电位为负的疏松g-C3N4块体颗粒；然后利用静电作用力，使In3+正离子均匀吸附于g-C3N4表面，形成InVO4形核位点，最后利用Ostwald熟化原理，促使InVO4在水热条件下原位形核生长成具有光催化活性的纳米晶，制备出所需的InVO4/g-C3N4复合材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、解决了InVO4纳米晶的形核、生长问题，促使InVO4纳米晶在疏松g-C3N4颗粒表面原位生长，避免了传统方法纳米晶在溶液中的均相析出；2、同时解决了催化材料光响应特性差和量子效率低的问题，通过将具有良好可见光响应特性的InVO4纳米晶均匀负载于g-C3N4表面，同时获得良好的可见光响应能力和高量子效率，有利于最大程度地提高材料高催化活性。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：InVO4/g-C3N4复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤A：在搅拌条件下，将H2SO4水溶液逐滴加入三聚氰胺水溶液中形成白色悬浮液；80℃下搅拌2h后获得沉淀；将沉淀过滤，并用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤三次，在60℃干燥24h后获得三聚氰胺硫酸盐；将三聚氰胺硫酸盐放入刚玉舟中，随后放置在管式炉中进行烧结，待冷却至室温后，将获得的黄色聚合产物研磨至粉状颗粒，获得g-C3N4颗粒；其中，H2SO4水溶液的摩尔浓度为0.02mol/L～2mol/L，三聚氰胺水溶液的摩尔浓度为0.02mol/L～2mol/L，控制反应物的量使H2SO4与三聚氰胺的摩尔比为5∶1～1∶2；管式炉中烧结的保护气氛为氩气等惰性气体，烧结机制为先快速升温至380℃，后缓慢升温至450℃～550℃，并保温2h-6h，其中快速升温段升温速率为10℃/min，缓慢升温段升温速率为2℃/min。步骤B：将g-C3N4颗粒分散到无水乙醇中得到分散体系，超声处理15min后，在50r/min的转速下向分散体系中逐滴加入InCl3水溶液，继续搅拌18h后，得到混合溶液；将NH4VO3水溶液逐滴加入该混合溶液中形成黄色澄清溶液；采用氨水调节溶液体系pH值至4，搅拌4h后获得沉淀；将沉淀过滤、洗涤3次，加入一定量表面活性剂并转移至水热反应釜进行水热反应；水热反应后所得沉淀过滤，并用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤三次，60℃干燥处理12h，从而获得InVO4/g-C3N4复合材料；其中，g-C3N4颗粒在分散体系中的固含量为0.5％～2％，InCl3水溶液的摩尔浓度为0.05mol/L～0.2mol/L，NH4VO3水溶液的摩尔浓度为0.05mol/L～0.2mol/L；控制反应物的量使In与g-C3N4的摩尔比为1∶1～1∶10，V与In的摩尔比为4∶1～1∶1；表面活性剂加入量为沉淀物重量的0.1wt％～0.5wt％；水热反应温度为150℃～200℃，水热反应时间为6h～20h。下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。分别通过8个实施例成功制得InVO4/g-C3N4复合材料的制备方法，各实施例中的试验数据见下表1。表1实施例数据表最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本专利技术的具体实施例子。显然，本专利技术不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本专利技术公开的内容直接导出或联本文档来自技高网...

【技术保护点】
InVO4/g‑C3N4复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：在搅拌条件下，将H2SO4水溶液逐滴加入三聚氰胺水溶液中形成白色悬浮液；80℃下搅拌2h后获得沉淀；将沉淀过滤，并用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤三次，在60℃干燥处理24h后获得三聚氰胺硫酸盐；将三聚氰胺硫酸盐放入刚玉舟中，随后放置在管式炉中进行烧结；冷却至室温后，将获得的黄色聚合产物研磨至粉状颗粒，获得g‑C3N4颗粒；其中，H2SO4水溶液的摩尔浓度为0.02mol/L～2mol/L，三聚氰胺水溶液的摩尔浓度为0.02mol/L～2mol/L，控制反应物的量使H2SO4与三聚氰胺的摩尔比为5∶1～1∶2；管式炉中烧结的保护气氛为惰性气体；烧结机制为先快速升温至380℃，然后缓慢升温至450℃～550℃，并保温2h‑6h，其中快速升温段升温速率为10℃/min，缓慢升温段升温速率为2℃/min；步骤B：将g‑C3N4颗粒分散到无水乙醇中得到分散体系，超声处理15min后，在50r/min的转速下向分散体系中逐滴加入InCl3水溶液，继续搅拌18h后，得到混合溶液；将NH4VO3水溶液逐滴加入该混合溶液中形成黄色澄清溶液；采用氨水调节溶液体系pH值至4，搅拌4h后获得沉淀；将沉淀过滤、洗涤3次，加入表面活性剂并转移至水热反应釜进行水热反应；水热反应后所得沉淀过滤，并用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤三次，60℃干燥处理12h后，从而获得InVO4/g‑C3N4复合材料；其中，g‑C3N4颗粒在分散体系中的固含量为0.5％～2％，InCl3水溶液的摩尔浓度为0.05mol/L～0.2mol/L，NH4VO3水溶液的摩尔浓度为0.05mol/L～0.2mol/L；控制反应物的量使In与g‑C3N4的摩尔比为1∶1～1∶10，V与In的摩尔比为4∶1～1∶1；表面活性剂加入量为沉淀物重量的0.1wt％～0.5wt％；水热反应温度为150℃～200℃，水热反应时间为6h～20h。...

【技术特征摘要】
1.InVO4/g-C3N4复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：在搅拌条件下，将H2SO4水溶液逐滴加入三聚氰胺水溶液中形成白色悬浮液；80℃下搅拌2h后获得沉淀；将沉淀过滤，并用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤三次，在60℃干燥处理24h后获得三聚氰胺硫酸盐；将三聚氰胺硫酸盐放入刚玉舟中，随后放置在管式炉中进行烧结；冷却至室温后，将获得的黄色聚合产物研磨至粉状颗粒，获得g-C3N4颗粒；其中，H2SO4水溶液的摩尔浓度为0.02mol/L～2mol/L，三聚氰胺水溶液的摩尔浓度为0.02mol/L～2mol/L，控制反应物的量使H2SO4与三聚氰胺的摩尔比为5∶1～1∶2；管式炉中烧结的保护气氛为惰性气体，且惰性气体采用氩气；烧结机制为先快速升温至380℃，然后缓慢升温至450℃～550℃，并保温2h-6h，其中快速升温段升温速率为10℃/min，缓慢升温段升温速率为2℃/min；黄色聚合产物的研磨工艺为球磨工艺，该工艺条件为：球料比30∶1，球磨速率200转/min，球磨时间4h；步骤B：将g-C3N4颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨辉，沈建超，申乾宏，冯宇，蔡奇风，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33