核壳结构g-C制造技术

本发明专利技术涉及半导体材料领域，旨在提供一种核壳结构g‑C

Method of preparation of core-shell structure g composites C3N4/MCNTs/BiOI

【技术实现步骤摘要】
核壳结构g-C3N4/MCNTs/BiOI复合材料的制备方法
本专利技术涉及半导体材料领域，特别涉及一种核壳结构g-C3N4/MCNTs/BiOI复合材料的制备方法。
技术介绍
近年来，半导体光催化材料作为一种绿色环保、可持续发展新型材料在水污染物处理，氢能源制备，温室效应气体和有机污染性气体清除方面展现出巨大的应用前景和研究价值，因此受到了广泛的关注。然而，单一半导体最为光催化剂时明显存在光生载流子分离效率低，比表面积小等问题，因此半导体异质结复合材料受到广泛的关注和研究。类石墨状氮化碳(g-C3N4)作为一种新型的可见光催化材料越来越受到广泛关注。不同于传统只在紫外光区活跃的TiO2光催化材料，g-C3N4的禁带宽度为2.7eV(导带和价带的位置分别-1.1eV和+1.6eV)，使其在可见光区也具有催化活性。此外g-C3N4由地球上储量最为丰富的两种化学元素C和N组成，无毒害且制备成本低廉。因此，g-C3N4以其优良的半导体特性、高化学稳定性、无毒易制备且成本低廉的特性在光催化领域具有光明的应用前景。BiOI，另外一种窄禁带半导体(1.8eV)因其较强的可见光吸收能力和合适的能带位置因此展现出较好的光催化性能和应用前景。但两者都存在光生载流子分离能力不足的问题，因此将两种半导体复合构建异质结是解决光生载流子分离的重要技术路径。异质结光催化剂通过光生电子在半导体能级之间的转移来提升其分离效率。一般而言，光生电子由一种半导体的更负导带能级转移至另一种半导体，而光生空穴则反向转移。这意味着光生载流子的反应能力下降。而Z-scheme异质结光生电子由一种半导体的较正导带能级转移至另一种半导体的较负价带能级。在实现光生载流子的有效分离的同时提高光生载流子的反应活性。而在Z-scheme异质结构筑中，可以通过增加中间导体介质来实现Z-scheme转移。有研究者将金、银等贵金属离子作为中间导电介质，也有研究者将铁、铬等能够实现变价的重金属离子作为中间导电介质。最近，还有一些研究者采用石墨烯作为中间导电介质。碳纳米管具有优异的导电能力，但由于其特殊的管状结构，目前在半导体光催化材料领域的研究还未见报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种核壳结构g-C3N4/MCNTs/BiOI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：提供一种核壳结构g-C3N4/MCNTs/BiOI复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤A：以单氰胺、双氰胺、三聚氰胺中的至少一种作为富氮前驱体，将碳纳米管和富氮前驱体分散于无水乙醇中，使碳纳米管的质量百分比浓度为1％～5％，碳纳米管与富氮前驱体的质量比为1∶2～1∶10；超声处理1～3h后，搅拌2～12h；然后将所得分散液置于真空烘箱中60℃干燥，产物经研磨后获得黑色粉末；步骤B：将制得的黑色粉末倒入坩埚舟中，置于管式炉中后在保护气氛下进行烧结，烧结温度为500～600℃，保温时间为3～10h；待冷却至室温后将所得黑色块体研磨至粉末状，得到填充有g-C3N4的碳纳米管复合材料g-C3N4/MCNTs；步骤C：将制得的g-C3N4/MCNTs复合材料分散于溶剂乙二醇中，搅拌0.5h，超声0.5～2h；按摩尔比1:1分别取硝酸铋的乙二醇溶液和碘化钾的乙二醇溶液，然后加入至g-C3N4/MCNTs复合材料的乙二醇分散液中，控制混合液中g-C3N4/MCNTs复合材料的最终质量百分比浓度为5％～40％，硝酸铋的质量百分比浓度为5％～20％；将混合液搅拌0.5h后转移至反应釜中进行水热反应，反应温度为130～180℃，反应时间为12～24h；将所得沉淀离心后用去离子水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次，60℃干燥，得到核壳结构g-C3N4/MCNTs/BiOI复合材料。本专利技术中，所述步骤B中，管式炉的气氛为氩气或者氮气。本专利技术中，所述步骤B中，烧结时的升温速率是2～10℃/min。本专利技术的工作原理：本专利技术采用碳纳米管作为中间导电介质层，在管内填充g-C3N4，并在管外负载BiOI，从而在g-C3N4和BiOI间构筑形成Z-scheme异质结，实现Z-scheme载流子转移。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的制备方法简单、易操作。2、本专利技术利用碳纳米管作为中间导电介质，制备得到了Z-scheme异质结，相较于传统的异质结在保留高光生载流子分离效率的同时提高了光生电子和空穴的反应活性，为g-C3N4基纳米复合材料的研究提供了新的思路。附图说明图1为核壳结构g-C3N4/MCNTs/BiOI复合材料的扫描电镜照片(表观形貌照片)。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：核壳结构g-C3N4/MCNTs/BiOI复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤A：以单氰胺、双氰胺、三聚氰胺中的至少一种作为富氮前驱体，将碳纳米管和富氮前驱体分散于无水乙醇中，使碳纳米管的质量百分比浓度为1％～5％，碳纳米管与富氮前驱体的质量比为1∶2～1∶10；超声处理1～3h后，搅拌2～12h；然后将所得分散液置于真空烘箱中60℃干燥，产物经研磨后获得黑色粉末；步骤B：将制得的黑色粉末倒入坩埚舟中，置于管式炉中后在保护气氛下进行烧结，烧结温度为500～600℃，保温时间为3～10h；待冷却至室温后将所得黑色块体研磨至粉末状，得到填充有g-C3N4的碳纳米管复合材料g-C3N4/MCNTs；步骤C：将制得的g-C3N4/MCNTs复合材料分散于溶剂乙二醇中，搅拌0.5h，超声0.5～2h；按摩尔比1:1分别取硝酸铋的乙二醇溶液和碘化钾的乙二醇溶液，然后加入至g-C3N4/MCNTs复合材料的乙二醇分散液中，控制混合液中g-C3N4/MCNTs复合材料的最终质量百分比浓度为5％～40％，硝酸铋的质量百分比浓度为5％～20％；将混合液搅拌0.5h后转移至反应釜中进行水热反应，反应温度为130～180℃，反应时间为12～24h；将所得沉淀离心后用去离子水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次，60℃干燥，得到核壳结构g-C3N4/MCNTs/BiOI复合材料。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g-C3N4/MCNTs/BiOI复合材料，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想到的所有变形，均应认为是本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核壳结构g‑C3N4/MCNTs/BiOI复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：以单氰胺、双氰胺、三聚氰胺中的至少一种作为富氮前驱体，将碳纳米管和富氮前驱体分散于无水乙醇中，使碳纳米管的质量百分比浓度为1％～5％，碳纳米管与富氮前驱体的质量比为1∶2～1∶10；超声处理1～3h后，搅拌2～12h；然后将所得分散液置于真空烘箱中60℃干燥，产物经研磨后获得黑色粉末；步骤B：将制得的黑色粉末倒入坩埚舟中，置于管式炉中后在保护气氛下进行烧结，烧结温度为500～600℃，保温时间为3～10h；待冷却至室温后将所得黑色块体研磨至粉末状，得到填充有g‑C3N4的碳纳米管复合材料g‑C3N4/MCNTs；步骤C：将制得的g‑C3N4/MCNTs复合材料分散于溶剂乙二醇中，搅拌0.5h，超声0.5～2h；按摩尔比1:1分别取硝酸铋的乙二醇溶液和碘化钾的乙二醇溶液，然后加入至g‑C3N4/MCNTs复合材料的乙二醇分散液中，控制混合液中g‑C3N4/MCNTs复合材料的最终质量百分比浓度为5％～40％，硝酸铋的质量百分比浓度为5％～20％；将混合液搅拌0.5h后转移至反应釜中进行水热反应，反应温度为130～180℃，反应时间为12～24h；将所得沉淀离心后用去离子水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次，60℃干燥，得到核壳结构g‑C3N4/MCNTs/BiOI复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构g-C3N4/MCNTs/BiOI复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：以单氰胺、双氰胺、三聚氰胺中的至少一种作为富氮前驱体，将碳纳米管和富氮前驱体分散于无水乙醇中，使碳纳米管的质量百分比浓度为1％～5％，碳纳米管与富氮前驱体的质量比为1∶2～1∶10；超声处理1～3h后，搅拌2～12h；然后将所得分散液置于真空烘箱中60℃干燥，产物经研磨后获得黑色粉末；步骤B：将制得的黑色粉末倒入坩埚舟中，置于管式炉中后在保护气氛下进行烧结，烧结温度为500～600℃，保温时间为3～10h；待冷却至室温后将所得黑色块体研磨至粉末状，得到填充有g-C3N4的碳纳米管复合材料g-C3N4/MCNTs；步骤C：将制得的g-C3N4/MCNTs复合材料分散于溶剂乙二醇中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：申乾宏，尤增宇，于洋，苏钰璇，陈昊，杨辉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33