新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂的制备方法及应用。其包括：热处理尿素得到块状石墨相氮化碳；二次热处理大块石墨相氮化碳得到退火刻蚀超薄石墨相氮化碳片层；采用浸渍法在超薄石墨相氮化碳上构造仿生贻贝聚多巴胺生物涂层；基于聚多巴胺改性，利用其自身的还原性，将银纳米颗粒载于超薄石墨相氮化碳表面。本发明专利技术的银纳米颗粒修饰退火刻蚀超薄石墨相氮化碳催化剂采用高温退火刻蚀法制得二维超薄石墨相氮化碳片层，并采用自聚合聚多巴胺的绿色仿生法还原制得银纳米颗粒，使得该新型复合高活性光催化剂在光催化降解亚甲基蓝、苯酚等有机污染物领域展现出良好的前途。

Preparation and application of a new type of silver nanoparticles modified ultra thin graphite phase carbon nitride catalyst

The invention discloses a preparation method and application of a new type of silver nanoparticles modified ultra thin graphite phase carbon nitride catalyst. It includes: heat treatment urea bulk graphite carbon nitride; two heat treatment of bulk graphite carbon nitride by annealing etching ultra-thin graphitic carbon nitride film layer; by impregnation method in ultra-thin graphitic carbon nitride on the structure of the bionic polydopamine mussel biological coating; poly dopamine modified by reduction based on its own and the silver nano particles contained in the ultra-thin graphitic carbon nitride surface. The invention of the silver nanoparticles modified annealing etching ultra-thin graphitic carbon nitride catalyst was prepared by high temperature annealing and etching 2D thin graphitic carbon nitride layers, and uses the green bionic polydopamine reduction method of self polymerization to prepare silver nanoparticles, the novel composite high activity photocatalyst exhibits good prospects in photocatalysis degradation of methylene blue and phenol and other organic pollutants.

【技术实现步骤摘要】
新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂的制备方法及应用
本专利技术涉及材料
，具体涉及一种新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂的制备方法及其在光催化降解污染物催化剂、电极、复合材料等领域的应用。
技术介绍
一直以来，自然界中的绿色植物利用太阳能和自身叶绿素，将大气中的水和二氧化碳转化为碳水化合物，并释放出氧气，该过程将光能转化为化学能的同时，也为地球上一切存在的生物体提供了营养物质，并为人类社会的长足发展提供了丰富的诸如石油、煤炭、天然气等自然资源。清洁能源需求急剧增加的全球危机和大面积环境污染已经被视为21世纪人类发展面临的主要挑战。化石燃料被广泛应用于工业生产，在燃烧时释放大量可致癌的有机污染物（如苯酚等），进而污染大气、水资源和地表，给自然环境和人类生存与发展带来严重影响，受自然界中最大规模的光催化现象(光合作用)的启发，科技人员致力于寻找、构建高效光催化材料，并对其应用的各种催化体系(光降解、光裂解水、有机催化等)进行了广泛而细致的探讨。目前，包括物理化学吸附、微生物分解、电化学解离等多种方法被应用于有机污染物的降解，但是对有机废水的处理仍存在众多障碍，包括矿化速率过低、处理装置复杂和大量能源消耗等。因此，寻求一种可持续、环境友好的途径来处理有机废水显得迫切需要。利用免费、绿色、用之不竭的太阳能，基于半导体材料的新型光催化技术一直被认为是解决环境污染的有效途径。利用半导体光催化剂（如Ti,Cu,Zn,Bi,Fe,W系氧化物、MoS2,CdS和g-C3N4等）降解有机物是一项潜在的环境治理技术。氮化碳材料的研究历史可以追溯至1834年，Berzelius和Liebig率先发现了一种最古老的人工合成聚合物“melon”一氮化碳高分子衍生物，之后关于氮化碳材料的制备、表征、应用及理论计算的研究成为焦点。1996年美国加州大学Teter和Hemley新的理论计算结构表明，C3N4具有5种同素异形体，分别为α相、β相、c相(立方相)、p相(准立方)和g相(石墨相)。自2009年Wang课题组率先发现石墨相氮化碳(g-C3N4)在可见光下具有优异的产氢性能以来,g-C3N4便作为一种非金属催化剂受到了前所未有的关注。石墨相氮化碳（g-C3N4）具有可见光吸收率高、稳定性好、廉价易得和环境友好等优点同样应用于光解水制氢、SO2光催化转化和CO甲烷化等反应体系。然而，大量研究发现g-C3N4在光催化反应中存在比表面积小、光量子效率低、光生电子与空穴易复合，这直接导致光催化效率低和催化稳定性差。如何提高g-C3N4光催化性能已成为当前的研究热点。针对上述问题，通过各种途径掺杂金属、非金属以及半导体纳米粒子与g-C3N4催化材料结合，以改善g-C3N4的光电催化性能成为目前研究的热点。一方面，贵金属纳米颗粒分散在g-C3N4表面可协助捕获光生电子，加速电子空穴的分离，进而抑制光生电子和空穴复合。另一方面，贵金属颗粒通过表面共振效应可提高g-C3N4的可见光吸收能力。近年来，聚多巴胺（PDA）因其良好的粘附性和生物相容性等特点而被广泛用于各类材料表面修饰；同时，PDA利用自身的还原性可以实现材料表面无电金属化。将多巴胺溶于Tris缓冲液中，自发氧化聚合后在基材表面形成一层具有永久黏附能力的PDA涂层。进一步研究表明，多巴胺的邻苯二酚基团和氨基官能团在该粘附现象中起到主要作用。利用邻苯二酚基团能对金、银和铂等贵重金属盐表现出还原能力，在聚多巴胺表面衍生出贵重金属纳米颗粒；能与含硫醇、氨基的亲水或疏水有机分子或聚合物等发生迈克尔加成反应和席夫碱反应，并将功能性有机物引入到材料表面，使材料表面具有特殊性质，如：抗腐蚀性、耐摩擦性、生物活性及生物相容性等功能特性。较常规表面修饰方法，该途径绿色简单方便，与基材的几何形状无关，同时修饰后的表面具有很好的化学反应性。因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂的制备方法，解决上述问题。本专利技术的技术方案是：一种新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)以尿素为前驱物，通过高温热处理制备块状石墨相氮化碳；(2)对所述块状石墨相氮化碳进行高温热处理，得到超薄石墨相氮化碳片层；(3)采用浸渍自聚合法在所述超薄石墨相氮化碳片层上负载仿生聚多巴胺涂层；(4)配制硝酸银溶液，将所述负载仿生聚多巴胺涂层的超薄石墨相氮化碳片层浸渍于所述硝酸银溶液中，得到新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂。进一步的，步骤(1)中所述高温热处理的温度为520-570℃，升温速率为0.5℃/min，恒温热处理时间为2小时。进一步的，步骤(2)中所述高温热处理的温度为550℃，升温速率为2℃/min，恒温热处理时间为1-3小时。进一步的，步骤(3)中所述采用浸渍自聚合法在所述超薄石墨相氮化碳片层上负载仿生聚多巴胺涂层具体为：将所述超薄石墨相氮化碳片层分散于去离子水中，超声分散60min，加入多巴胺粉末，在恒温80℃条件下剧烈搅拌反应24小时，待反应结束后冷却至室温，用孔径为0.45μm的滤纸过滤，得到负载仿生聚多巴胺涂层的超薄石墨相氮化碳片层，再用去离子水对所述负载仿生聚多巴胺涂层的超薄石墨相氮化碳片层进行离心清洗、干燥。进一步的，由多巴胺粉末加入去离子水中，制得的多巴胺溶液的浓度为0.1-0.5mg/ml,所述多巴胺溶液的pH值为8.2-8.7，搅拌浸渍时间为60min。进一步的，所述干燥的温度为80℃，所述离心清洗、干燥持续时间为6h。进一步的，所述将所述TiO2纳米管阵列放入所述硫化铋和金颗粒复合溶液中，步骤(4)中所述硝酸银溶液的浓度为0.5-3mg/ml，添加负载仿生聚多巴胺的g-C3N4的量为1.5mg，所述浸渍时间为20-60min。上述方式所制备的新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂能够应用于电极。上述方式所制备的新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂还能够应用在光降解有机污染物催化剂中。上述方式所制备的新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂还能够应用于复合材料中。本专利技术提供了一种新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂的制备方法，通过独特的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳的结构为电子的传输提供了特有的轨道，主要采用高温退火刻蚀得到超薄石墨相氮化碳片层和浸渍自聚合法在超薄石墨相氮化碳表面负载仿生聚多巴胺实现还原银的方法，具有工艺简便易操作，绿色环保，同时银纳米颗粒的分散和尺寸大小可控等优点。退火刻蚀得到超薄石墨相氮化碳和银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂一方面可提高块状石墨相氮化碳的光电效应；另一方面提高块状石墨相氮化碳的催化能力，以达到在可见光照射下对亚甲基蓝、苯酚等有机污染物的降解。与未修饰的块状石墨相氮化碳比较，银纳米颗粒修饰退火刻蚀得到的超薄石墨相氮化碳的光电性能显著提高，同时具备良好的化学稳定性能和重复利用性，可将银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂应用于光催化降解有机污染物、燃料电池和拉曼增强等领域。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)以尿素为前驱物，通过高温热处理制备块状石墨相氮化碳；(2)对所述块状石墨相氮化碳进行高温热处理，得到超薄石墨相氮化碳片层；(3)采用浸渍自聚合法在所述超薄石墨相氮化碳片层上负载仿生聚多巴胺涂层；(4)配制硝酸银溶液，将所述负载仿生聚多巴胺涂层的超薄石墨相氮化碳片层浸渍于所述硝酸银溶液中，得到新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂。

【技术特征摘要】
1.新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)以尿素为前驱物，通过高温热处理制备块状石墨相氮化碳；(2)对所述块状石墨相氮化碳进行高温热处理，得到超薄石墨相氮化碳片层；(3)采用浸渍自聚合法在所述超薄石墨相氮化碳片层上负载仿生聚多巴胺涂层；(4)配制硝酸银溶液，将所述负载仿生聚多巴胺涂层的超薄石墨相氮化碳片层浸渍于所述硝酸银溶液中，得到新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂。2.根据权利要求1所述的新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述高温热处理的温度为520-570℃，升温速率为0.5℃/min，恒温热处理时间为2小时。3.根据权利要求1所述的新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述高温热处理的温度为550℃，升温速率为2℃/min，恒温热处理时间为1-3小时。4.根据权利要求1所述的新型的银纳米颗粒修饰超薄石墨相氮化碳催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述采用浸渍自聚合法在所述超薄石墨相氮化碳片层上负载仿生聚多巴胺涂层具体为：将所述超薄石墨相氮化碳片层分散于去离子水中，超声分散60min，加入多巴胺粉末，在恒温80℃条件下剧烈搅拌反应24小时，待反应结束后冷却至室温，用孔径为0.45μm的滤纸过滤，得到负载仿生聚多巴...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖跃坤，蔡京升，黄剑莹，
申请(专利权)人：南通纺织丝绸产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32