一种光催化剂In2O3/g‑C3N4B的制备和应用制造技术

本发明专利技术提供了一种光催化剂In2O3/g‑C3N4B的制备和应用，所述光催化剂In2O3/g‑C3N4B是同时包含硼掺杂石墨相氮化碳(简写为g‑C3N4)与In2O3的复合物，其在可见光下对有机染料，特别是偶氮类有机染料，如甲基橙等具有较好的催化降解效果。

Preparation and application of a photocatalyst In2O3/g C3N4B

The invention provides a preparation and application of photocatalyst In2O3/g C3N4B system, the In2O3/g C3N4B is also photocatalyst containing boron doped graphite carbon nitride (g C3N4) and In2O3 complexes, which under visible light of organic dyes, especially azo dyes, such as methyl orange has a good catalytic effect.

【技术实现步骤摘要】
一种光催化剂In2O3/g-C3N4B的制备和应用
本专利技术属于光催化材料领域，涉及一种治理染料废水污染的高效复合光催化剂及其制备和应用。
技术介绍
g-C3N4以其光催化活性较高、稳定性好、原料价格便宜、尤其是不含金属这一突出优点，使它成为一种新型的光催化材料，然而，单一相催化剂通常因量子效率低而使其光催化性能表现不够理想。因g-C3N4材料光生电子-空穴复合率较高，导致其催化效率较低，从而限制了它在光催化方面的应用。为了提高g-C3N4的催化活性，最近几年来，人们研究了很多改性方法。对g-C3N4进行改性的非金属元素包括S、N、C、B、F、P等，一般认为这些非金属元素取代了3-s-三嗪结构单元中的C、N、H元素，从而形成g-C3N4晶格缺陷使得光生电子-空穴对得到有效分离，有效提高其光催化性能。Zhang等将双氰胺与BmimPF6(离子液体)混合，经过高温焙烧后得到P掺杂g-C3N4催化剂，经XPS分析表明P元素取代了结构单元中C，少量P掺杂虽然不能改变g-C3N4的结构，但是，其明显改变了g-C3N4的电子结构，光生电流也明显高于没掺杂g-C3N4。Yan等采用加热分解三聚氰胺与氧化硼的混合物制备了B掺杂g-C3N4，经过XPS光谱分析表明B取代了g-C3N4结构中的H，光催化降解染料研究表明B掺杂同时提高了催化剂对光的吸收，因此，罗丹明B光催化降解效率也得到提高。Liu等将g-C3N4在H2S气氛里于450℃焙烧制备了具有独特电子结构S元素掺杂g-C3N4的CNS催化剂，XPS分析显示S取代了g-C3N4结构中N。当λ＞300及420nm时S掺杂g-C3N4光催化分解水产氢催化效率分别比单一g-C3N4提高7.2和8.0倍。Wang等报道了B、F掺杂g-C3N4研究，他们用NH4F作为F源与DCDA制得F元素掺杂g-C3N4催化剂(CNF)。其研究结果表明F元素已掺入g-C3N4的骨架中，形成了C-F键，使其中一部分sp2C转化为sp3C，从而导致g-C3N4平面结构不规整。另外，随着F元素掺杂数量增多，CNF在可见光区域内的吸收范围也随之扩大，而其对应的带隙能由2.69eV降到2.63eV。后来，他们又用BH3NH3作为硼源制备B元素掺杂的g-C3N4催化剂(CNB)，对其表征发现B元素掺入取代了g-C3N4结构单元中的C元素。Lin等采用四苯硼钠作为B源，在掺入B的同时，又因苯离去基团的作用使得g-C3N4形成薄层结构，其层的厚度为2～5nm，降低了光生电子到达催化剂表面所需要消耗的能量，因此提高光催化效率。氧化铟In2O3有很多优异的特性，是n型半导体材料，间接带隙约为2.80eV，在很多领域得到广泛应用。氧化铟不仅可以单独作为光催化剂，还可以和其它半导体复合而有较高的光催化效率，使其具备多种特殊性质，因此在太阳能电池、气体传感器等有着重要的应用。In2O3薄膜对于多种物质都具有很好的附着力，也可被用作光降解水的催化剂。半导体之间复合是提高半导体光催化活性重要途径之一。通过ZrO2与其它半导体光催化剂复合，利用能带位置的差异可抑制电子－空穴的快速复合，调控对光的响应，提高催化效率及其抗光腐蚀能力。Masanori等把钛的前驱体TiOSO4和锆的前驱体Zr(SO4)2在200℃的水热条件下分别水解为锐钛矿TiO2中掺杂了4.7％和12.4％的ZrO2的纳米粉体，研究表明掺杂TiO2比纯TiO2对亚甲基蓝分解具有更高的光催化活性，即使在1000℃退火1h仍保持高的稳定相和锐钛矿结构。Shu等以ZrOCl2·8H2O和CH3COONa为原料，通过水热法制备了星状纳米结构的t-ZrO2，研究发现星状纳米结构的t-ZrO2在酸性、中性和弱碱性的溶液中对染料(橙色、刚果红、罗丹明-B)的光降解表现出非常高的光催化选择活性。然而，上述制备方法不仅操作复杂，原料成本高，而且，制得的改性催化剂其光催化效率增加程度有限，不能满足工业要求。因此，亟需开发一种具有高催化效率，且制备方法简单，使用简便的光催化剂。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现：利用焙烧的方法将不同质量的氧化铟与g-C3N4B反应合成光催化剂In2O3/g-C3N4B，其在可见光照射下，对甲基橙染料具有较好的催化降解效果，降解效率可高达97.5％，从而完成了本专利技术。本专利技术的目的在于提供以下方面：第一方面，本专利技术提供一种制得光催化剂In2O3/g-C3N4B的方法，包括以下步骤：(1)将含硼化合物与含氮有机物在溶剂中进行混合，溶解，混合充分，脱除溶剂，得到混合物I；将混合物I进行焙烧，焙烧后进行冷却，冷却后任选地进行粉碎，制得g-C3N4B。(2)将一定量g-C3N4B和含铟化合物放入溶剂中混合，除去溶剂，然后进行焙烧，焙烧后进行冷却，冷却后任选地进行粉碎，制得光催化剂In2O3/g-C3N4B。第二方面，本专利技术还提供根据上述方法制得的光催化剂及其应用，所述光催化剂为In2O3/g-C3N4B，其光致发光光谱在波长为400nm～600nm范围内存在发光信号，上述光催化剂应用于治理染料污水，特别是含有有机染料，尤其是含有偶氮类有机染料的污水方面，所得复合光催化剂在可见光照射下对甲基橙的降解效率高达97.5％。附图说明图1示出本专利技术提供的光催化剂样品的XRD图；图2示出样品的透射电子显微镜(TEM)图像；图3示出样品的紫外-可见漫反射光谱图；图4示出样品的禁带宽度图；图5示出样品的光致发光光谱图；图6示出样品的可见光催化活性图；具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。以下详述本专利技术。根据本专利技术，提供一种制得光催化剂In2O3/g-C3N4B的方法，该方法包括以下步骤：步骤1，将含硼化合物与含氮有机物在溶剂中进行混合，溶解，混合充分，脱除溶剂，得到混合物I；将混合物I进行焙烧，焙烧后进行冷却，冷却后任选地进行粉碎，制得g-C3N4B。在本专利技术中，所述含硼化合物选自氧化硼、硼酸和/或含硼盐，优选自氧化硼、硼酸、硼酸钠、硼酸钾、四苯基硼酸钾和/或四苯基硼酸钠等，更优选为四苯基硼酸钠。在本专利技术中，所述含氮有机物是指同时含有氮元素及碳元素的小分子有机物，特别是指在加热条件下能够分解的含氮小分子有机物，其在制备石墨相氮化碳中既作为氮源物质又作为碳源物质。本专利技术人发现，使用碳氮比为1:3～3:1的小分子量的含氮有机物作为原料，优选使用碳氮比为1:2的小分子量含氮有机物作为原料，如单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素、盐酸胍等，优选为尿素。在本专利技术步骤1中，所述含硼化合物与含氮有机物的重量比为含硼化合物的重量:含氮有机物的重量＝(0.05～8.0mg):10g，优选为(2.0～5.0mg):10g，如4.0mg:10g。本专利技术人发现，将含氮有机物和含硼化合物置于液相体系中混合，能够使上述两种物质混合充分，焙烧制得的g-C3N4B形貌均一。在本专利技术步骤1中，本专利技术对含氮有机物和含硼化合物所在液相体系的溶剂不做特别限定，所述溶剂为水，优选为去离子水、蒸馏水，更优选为蒸馏水。本专利技术人发现，除去含氮有机物和含硼化合物混合物所在液相体系中的溶剂能够显著缩短焙烧时间，因此，本专利技术选择在焙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备光催化剂In2O3/g‑C3N4B的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将含硼化合物与含氮有机物在溶剂中进行混合，溶解，混合充分，脱除溶剂，得到混合物I；将混合物I进行焙烧，焙烧后进行冷却，冷却后任选地进行粉碎，制得g‑C3N4B。(2)将一定量g‑C3N4B和含铟化合物放入溶剂中混合，进行后处理，最终制得光催化剂In2O3/g‑C3N4B。

【技术特征摘要】
1.一种制备光催化剂In2O3/g-C3N4B的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将含硼化合物与含氮有机物在溶剂中进行混合，溶解，混合充分，脱除溶剂，得到混合物I；将混合物I进行焙烧，焙烧后进行冷却，冷却后任选地进行粉碎，制得g-C3N4B。(2)将一定量g-C3N4B和含铟化合物放入溶剂中混合，进行后处理，最终制得光催化剂In2O3/g-C3N4B。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述含硼化合物选自氧化硼、硼酸和/或含硼盐，优选自氧化硼、硼酸、硼酸钠、硼酸钾、四苯基硼酸钾和/或四苯基硼酸钠等。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述含氮有机物是指同时含有氮元素及碳元素的小分子有机物，优选为碳氮比为1:3～3:1的小分子量的含氮有机物，优选碳氮比为1:2的小分子量含氮有机物，如单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素、盐酸胍等。4.根据权利要求1～3之一所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述含硼化合物与含氮有机物的重量比为含硼化合物的重量:含氮有机物的重量＝(0.05～8.0mg):10g，优选为(2.0～5.0mg):10g。5.根据权利要求1～4之一所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述溶剂为水，优选为去离子水、蒸馏水；所述焙烧的温度为400℃～650℃，优选为450℃～600℃，如550℃；焙烧时升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔玉民，李慧泉，师瑞娟，苗慧，
申请(专利权)人：阜阳师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34