本发明专利技术公开了一种机械化学制备共轭分子杂化半导体光催化材料的方法，属无机材料领域。该方法将含共轭大π键的分子及无机半导体纳米材料，按一定的质量比例混合均匀，在一定的球/料比下，加入到高能球磨的球磨罐中，在适当的球磨转速下，处理一定时间，得到共轭分子杂化的半导体光催化材料。本发明专利技术具有工艺流程简单，操作简便，不使用溶剂，后处理简单，制作成本低，制备得到的复合催化材料活性高，适合批量制备共轭分子杂化改性半导体光催化材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制备改性半导体光催化材料的方法，尤其涉及一种机械化学制备共轭分子杂 化半导体光催化材料的新方法，属无机材料领域。
技术介绍
光催化材料的能效、活性和光腐蚀稳定性是制约其应用的关键，如何提高量子效率及可见光吸收仍然是目前光催化材料的核心问题。基于共轭分子表面杂化半导体促进光生载流子分离效应，表面杂化作用可以促进空穴的迀移，有效抑制光生电子与空穴的复合，提高光催化效率以及抑制光腐蚀的发生，是提高光催化性能的有效途径。半导体杂化改性处理一般是在液相体系中进行，其制备工艺条件多，使用溶剂多，后处理、分离过程较复杂，反应放大困难，不易规模生产等，且杂质难以完全去除，会对材料的催化活性及体系带来一定影响。因此，探索高效的杂化改性方法、简便的合成途径，十分必要。机械化学一般指物质在机械力的诱发和作用下所发生的物理和化学的变化，具有操作简便、能耗低、无二次污染、产率高，易于规模生产等优点。运用机械化学制备共轭分子杂化改性半导体光催化材料，至今还没有发现类似的报道。
技术实现思路
针对目前液相法制备共轭分子杂化半导体光催化材料反应条件苛刻，工艺过程复杂，分离处理步骤繁琐，难以实现规模生产等。本专利技术目的在于提供一种简便的、低成本、可靠的制备杂化半导体光催化材料的方法，避免了溶剂的使用，后处理分离问题，产物产率高且能够量产。为实现本专利技术目的，技术方案如下: 1，将含共轭大JT键的分子化合物和无机半导体纳米材料，按质量比混合研磨均匀，含共轭大π键的分子化合物质量分数占原料总质量的3%~5% ; 2，按球/料质量比10-20:1，将物料加入到球磨罐中，设置球磨转速、球磨时间，进行球磨处理。3、取出球磨产物后，根据加入物料的情况，进行必要的后处理。所述含共轭大键的分子化合物为氮化碳、石墨烯或聚苯胺等。所述无机半导体纳米材料为二氧化钛、氧化锌、铋系半导体、氧化铁、磷酸银等或其前驱物。采用行星式高能球磨机，其中磨球及球磨罐的材质均为玛瑙。所述第二步中，球磨转速为300~600转/分，连续球磨时间为2~4小时。本专利技术利用机械化学制备共轭分子杂化改性半导体光催化材料，为无溶剂固相反应，产率高。能在常温、常压条件下，有效制备表面杂化半导体基光催化材料，适宜批量生产。从根本上避免了制备光催化材料过程中废液的产生，简化合成过程，降低成本。本专利技术提供的纳米杂化半导体光催化材料可用于环境领域中水污染处理、空气净化、抗菌杀菌，以及能源领域中光解水制氢、二氧化碳转化等。将机械化学应用于半导体光催化材料改性，通过机械化学作用实现共轭分子在半导体表面扩散、反应，形成化学键等，构筑由共轭分子表面杂化的半导体光催化材料。杂化结构及杂化作用，能有效促进光生载流子的有效分离，同时也扩展了半导体的光吸收范围，提高半导体光催化活性和产生可见光活性。【附图说明】图1为本专利技术实施例1制备的共轭分子杂化半导体光催化材料高分辨率透射电镜照片，其中 a、b 为 3%-C3N4/Ti02，c、d 为 5%-C3N4/Ti02； 图2为本专利技术实施例1制备的共轭分子杂化半导体光催化材料晶体结构分析XRD图谱； 图3为在可见光照射下，实施例1制备的共轭分子杂化半导体光催化材料的光催化降解活性(a)和光电流图(b); 图4为在紫外光照射下，实施例1制备的共轭分子杂化半导体光催化材料的光催化降解活性(a)和光电流谱图(b); 图5为本专利技术实施例2制备的共轭分子杂化半导体光催化材料高分辨率透射电镜照片，其中 a、b 为 3%-C3N4/Zn0，c、d 为 7%-C3N4/ ZnO ； 图6为在可见光照射下，实施例2制备的共轭分子杂化半导体光催化材料的光催化降解活性(a)和光电流图(b); 图7为在可见光照射下，实施例2制备的共轭分子杂化半导体光催化材料的稳定性循环试验。【具体实施方式】以下结合具体的实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明: 实施例1 将锐钛矿型纳米二氧化钛(T12)与共轭分子石墨相氮化碳(g_C3N4)按不同的质量比称量，掺杂源g_C3N4质量分数分别为原料总质量的3%~5%。在玛瑙研钵中研磨混合均匀，按球/料质量比为10:1加入50 ml玛瑙球磨罐中，在行星式高能球磨机中以350 rpm的速度球磨3小时，得到不同比例的g_C3N4/Ti02杂化光催化材料。进行结构表征，并以亚甲基蓝为探针化合物，分别评价其可见、紫外光催化活性。结果显示，g_C3N4/Ti02的可见光催化活性是纯g_C3N4的约3倍，在紫外光下是纯T1 2的约1.3倍，相对应的光电流分别约为2.5倍和1.5倍。实施例2 将纳米氧化锌(ZnO)与共轭分子g-C3N4按不同的质量比称量，其中g_C3N4质量分数分别为原料总质量的3%~5%。在玛瑙研钵中研磨混合均匀，按球/料质量比为20:1放入50ml玛瑙球磨罐中，在球磨机中以450 rpm的速度球磨2小时，得到不同比例的g_C3N4/ZnO杂化光催化材料。对其进行结构表征，并以亚甲基蓝为探针化合物，在常温条件下，评价其光催化活性。结果显示，在可见光照射下g_C3N4/ZnO的光催化活性是纯g_C3N4的近3倍，对应的光电流约为2.5倍，且催化剂性能稳定。【主权项】1.机械化学制备共轭分子杂化半导体光催化材料方法，其特征为，通过如下方法实现: 将含共轭大JT键的分子化合物和无机半导体纳米材料，按质量比混合研磨均匀，含共轭大π键的分子化合物质量分数占原料总质量的3%~5% ; 然后按球/料质量比10-20:1，将物料加入到球磨罐中，设置球磨转速、球磨时间，进行球磨处理； 所述的共轭大η键的分子化合物为氮化碳、石墨烯或聚苯胺；所述的无机半导体纳米材料为二氧化钛、氧化锌、铋系半导体、氧化铁或磷酸银。2.根据权利要求1所述共轭分子杂化半导体光催化材料的制备方法，其特征是:采用行星式高能球磨机，球磨罐、磨球材质为玛瑙。3.根据权利要求1所述共轭分子杂化半导体光催化材料的制备方法，其特征是:球磨转速为300~600转/分，球磨处理时间为2~4小时。【专利摘要】本专利技术公开了，属无机材料领域。该方法将含共轭大π键的分子及无机半导体纳米材料，按一定的质量比例混合均匀，在一定的球/料比下，加入到高能球磨的球磨罐中，在适当的球磨转速下，处理一定时间，得到共轭分子杂化的半导体光催化材料。本专利技术具有工艺流程简单，操作简便，不使用溶剂，后处理简单，制作成本低，制备得到的复合催化材料活性高，适合批量制备共轭分子杂化改性半导体光催化材料。【IPC分类】B01J27/24【公开号】CN104959161【申请号】CN201510335466【专利技术人】周建伟, 王储备, 黄建新 【申请人】新乡学院【公开日】2015年10月7日【申请日】2015年6月17日本文档来自技高网...
【技术保护点】
机械化学制备共轭分子杂化半导体光催化材料方法，其特征为，通过如下方法实现：将含共轭大π键的分子化合物和无机半导体纳米材料，按质量比混合研磨均匀，含共轭大π键的分子化合物质量分数占原料总质量的3%~5%；然后按球/料质量比10‑20:1，将物料加入到球磨罐中，设置球磨转速、球磨时间，进行球磨处理；所述的共轭大π键的分子化合物为氮化碳、石墨烯或聚苯胺；所述的无机半导体纳米材料为二氧化钛、氧化锌、铋系半导体、氧化铁或磷酸银。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周建伟，王储备，黄建新，
申请(专利权)人：新乡学院，
类型：发明
国别省市：河南;41
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