一种CuO/氮化碳复合光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种CuO/氮化碳复合光催化剂及其制备方法，属于光催化领域。其主要特征是利用Pluronic F127和酚醛树脂作为混合模板剂制备氧化铜掺杂氮化碳光催化剂，采用一锅法高效、节约成本同时能够简单脱除模板剂，对结构影响较小。制备步骤为：①制备酚醛树脂乙醇溶液；②利用①所制备的制备酚醛树脂乙醇溶液和Pluronic F127作为混合模板剂，将铜源和三聚氰胺同步加入，通过挥发诱导自组装，三聚氰胺在惰性气氛下高温热聚合后，再于空气中煅烧去除模板，最终得到CuO/氮化碳复合光催化剂。该方法工艺简单，成本低廉，制备的CuO/氮化碳复合光催化剂具有较高的可见光催化活性。

A CuO/ carbon nitride composite photocatalyst and its preparation method

The invention discloses a CuO/ carbon nitride composite photocatalyst and a preparation method, which belongs to the field of photocatalysis. Its main features are as mixed templates in the synthesis of copper oxide doped carbon nitride catalysts using Pluronic F127 and phenolic resin by one pot method efficient and cost saving and simple removal of the template, the smaller influence on structure. The preparation method comprises the following steps: the preparation of phenolic resin ethanol solution; the use of the preparation of the preparation of phenolic resin ethanol solution and Pluronic F127 as mixed templates, the copper source and adding melamine induced self-assembly through synchronization, volatilization, high temperature thermal polymerization of melamine under inert atmosphere, and then remove the template in the air in calcination, finally CuO/ carbon nitride composite photocatalyst. This method is simple in process and low in cost. The prepared CuO/ carbon nitride composite photocatalyst has high visible photocatalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
一种CuO/氮化碳复合光催化剂及其制备方法
本专利技术属于光催化领域，涉及采用软模板法制备CuO/氮化碳复合光催化剂，选择PluronicF127和酚醛树脂作为混合模板，将铜源和三聚氰胺同步加入，通过挥发诱导自组装，三聚氰胺在惰性气氛下高温热聚合后，再于空气中煅烧，最终制备得到CuO/氮化碳复合光催化剂，该催化剂光谱响应范围较宽，光生电子空穴的分离较易，具有高效的可见光催化活性。
技术介绍
随着社会的不断发展，环境污染和能源危机是当今世界面临的两大问题，尤其是水资源的污染情况日益严峻，其中的污染物大部分为有机物，并且性质非常稳定，从而表现出难以降解的特质，用传统的处理方法很难将其完全消除和降解。而近年来，科学家们发现，光催化材料在光照射下。可以光分解水制氢和光降解污染物，因此光催化材料在缓解能源短缺问题方面和治理环境污染问题方面有重要的应用前景，光催化技术成为了当前的科学和技术研究热点之一。1972年，Fujishima和Honda首次在《Nature》上报道了TiO2电极在太阳光照射下分解水产氢的现象。从此，利用TiO2进行光催化反应在环境净化领域内取得了很大的突破，在光催化降解有机物取得了非常大的进展。但是，目前工业使用的光催化材料在性能上还有一定的缺陷，对光的利用率还不够。传统光催化材料只对太阳光中的紫外光有响应，而紫外光在太阳光中只能占到4％左右，所以使得这些传统的光催化材料在针对太阳能的应用上受到很大制约。为此，研发高效的、可见光响应的半导体材料对促进光催化的发展应用有及其重要的意义。石墨相氮化碳(g-C3N4)，是一种新开发的具有可见光响应的有机半导体光催化剂，其在光解水产氢、光催化降解有机污染物、有机光合成等光催化领域得到了人们的极大关注。g-C3N4可以通过多种原料热聚合制备：如尿素、二胺、三聚氰胺等。它本身有较好的化学稳定性、热稳定性、特殊的机械、电子和光学性能，并且具有廉价易得，无毒等优点。但同时也存在一些不足之处，比表面积小、片状结构大，同时带隙较大(～2.7eV)，激子结合能高和结晶度低，使光生电子空穴分离效率低，对可见光吸收范围窄(λ<460nm)，因此太阳能利用率较低，从而光催化活性较低。因此采用各种途径和手段优化g-C3N4的化学组成、调控其半导体能带结构和表面形貌等，按照特定的实验目的对g-C3N4材料进行改性研究，从而进一步拓展g-C3N4在环境和能源领域的应用。为了解决g-C3N4的光生载流子分离效率较低的短板，一般将g-C3N4与其它半导体材料等进行复合，形成复合异质结光催化剂。因为异质结可以促进激子的解离，提高催化剂的光生载流子的分离效率，从而达到提高催化剂光催化活性的目的。氧化铜具有对可见光吸收强，与氮化碳复合可有效增强光催化剂对可见光的吸收，形成异质结构可有效提高光生电子空穴的分离效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种CuO/氮化碳复合光催化剂及其制备方法，该方法工艺简单、成本低廉，制备的CuO/氮化碳复合光催化剂催化活性较高。本专利技术提供一种CuO/氮化碳复合光催化剂的制备方法，其特征在于：选择PluronicF127和酚醛树脂作为混合模板，将铜源和三聚氰胺同步加入，通过挥发诱导自组装，三聚氰胺在惰性气氛下高温热聚合后，再于空气中煅烧，最终制备得到CuO/氮化碳复合光催化剂。该催化剂光谱响应范围较宽，光生电子空穴的分离较易，具有高效的可见光催化性能，其制备包括如下步骤：(1)制备酚醛树脂乙醇溶液：将一定量20wt％的NaOH溶液和苯酚在40～45℃的烧瓶中溶解，再将甲醛水溶液(37wt％)逐滴加入其中，将它们转移至圆底烧瓶中封口，并将其在60～90℃油浴搅拌0.5～1h。冷却至室温后，用2M的HCl溶液将上述溶液pH值调至6.0～7.0，50℃以下真空干燥去除水分即得所需的酚醛树脂。将所得酚醛树脂溶于无水乙醇中制得20wt％酚醛树脂乙醇溶液；(2)CuO/氮化碳的制备：先将一定量PluronicF127和无水乙醇加入到250mL的圆底烧瓶中，并将烧瓶置于40～60℃油浴锅中搅拌至PluronicF127完全溶解，再将步骤(1)制备的20wt％酚醛树脂乙醇溶液加入到烧瓶中，并继续搅拌10～30min。称取一定量的三聚氰胺、铜源与去离子水溶解后加入到烧瓶中，并将烧瓶置于60～90℃油浴锅中搅拌3～6h。最后把烧瓶中的溶液转移至蒸发皿中，将蒸发皿放入80～120℃的烘箱中干燥6～12h。取出混合物研磨至粉末状后放入坩埚中，并将坩埚放入管式炉中，通入惰性气体，以4～7℃/min的升温速率升温至500～550℃，保持2h，该产物命名为CuCN。再将该产物置于空气环境下，以2～3℃/min的速率升温至400～450℃，保持2h。待管式炉自动降温至室温时取出产物，至此成功制得氧化铜复合氮化碳光催化剂CuO/氮化碳。本专利技术与现有技术相比，具有显著优点：(1)本专利技术采用模板法，选择PluronicF127和酚醛树脂作为混合模板，铜源和三聚氰胺同步加入，通过挥发诱导自组装，三聚氰胺在惰性气氛下高温热聚合后，再于空气中煅烧，同步实现CuO/氮化碳复合光催化剂的制备，避免传统先制备氮化碳，再对其进行半导体复合的繁琐工艺，工艺简单，易操作。(2)本专利技术所制备的氧化铜复合氮化碳显著拓宽了g-C3N4光催化剂的光谱响应范围，对可见光吸收能力显著增强，在光催化过程中有效加快了光催化剂表面的光生电子和空穴的分离，从而显著提高氮化碳光催化剂的光催化活性。附图说明图1CuCN光催化剂的X-射线衍射花样；图2CuO/g-C3N4光催化剂的X-射线衍射花样；图3CuO/g-C3N4光催化剂的扫描电子显微照片；图4g-C3N4、CuO/g-C3N4光催化剂光催化性能测试具体实施方式本专利技术提供一种CuO/氮化碳复合光催化剂的制备方法，其特征在于：选择PluronicF127和酚醛树脂作为混合模板，将铜源和三聚氰胺同步加入，通过挥发诱导自组装，三聚氰胺在惰性气氛下高温热聚合后，再于空气中煅烧，最终制备得到CuO/氮化碳复合光催化剂。该催化剂光谱响应范围较宽，光生电子空穴的分离较易，具有高效的可见光催化性能。本专利技术一种CuO/氮化碳复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)制备酚醛树脂乙醇溶液：将一定量20wt％的NaOH溶液和苯酚在40～45℃的烧瓶中溶解，再将甲醛水溶液(37wt％)逐滴加入其中，将它们转移至圆底烧瓶中封口，并将其在60～90℃油浴搅拌0.5～1h。冷却至室温后，用2M的HCl溶液将上述溶液pH值调至6.0～7.0，50℃以下真空干燥去除水分即得所需的酚醛树脂。将所得酚醛树脂溶于无水乙醇中制得20wt％酚醛树脂乙醇溶液；(2)CuO/氮化碳的制备：先将一定量PluronicF127和无水乙醇加入到250mL的圆底烧瓶中，并将烧瓶置于40～60℃油浴锅中搅拌至PluronicF127完全溶解，再将步骤(1)制备的20wt％酚醛树脂乙醇溶液加入到烧瓶中，并继续搅拌10～30min。称取一定量的三聚氰胺、铜源与去离子水溶解后加入到烧瓶中，并将烧瓶置于60～90℃油浴锅中搅拌3～6h。最后把烧瓶中的溶液转移至蒸发皿中，将蒸发皿放入80～120℃的烘箱中干燥6～12h本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CuO/氮化碳复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备酚醛树脂乙醇溶液：将一定量20wt％的NaOH溶液和苯酚在40～45℃的烧瓶中溶解，再将甲醛水溶液(37wt％)逐滴加入其中，将它们转移至圆底烧瓶中封口，并将其在60～90℃油浴搅拌0.5～1h。冷却至室温后，用2M的HCl溶液将上述溶液pH值调至6.0～7.0，50℃以下真空干燥去除水分即得所需的酚醛树脂。将所得酚醛树脂溶于无水乙醇中制得20wt％酚醛树脂乙醇溶液；(2)CuO/氮化碳的制备：先将一定量Pluronic F127和无水乙醇加入到250mL的圆底烧瓶中，并将烧瓶置于40～60℃油浴锅中搅拌至Pluronic F127完全溶解，再将步骤(1)制备的20wt％酚醛树脂乙醇溶液加入到烧瓶中，并继续搅拌10～30min。称取一定量的三聚氰胺、铜源与去离子水溶解后加入到烧瓶中，并将烧瓶置于60～90℃油浴锅中搅拌3～6h。最后把烧瓶中的溶液转移至蒸发皿中，将蒸发皿放入80～120℃的烘箱中干燥6～12h。取出混合物研磨至粉末状后放入坩埚中，并将坩埚放入管式炉中，通入惰性气体，以4～7℃/min的升温速率升温至500～550℃，保持2h，该产物命名为CuCN。再将该产物置于空气环境下，以2～3℃/min的速率升温至400～450℃，保持2h。待管式炉自动降温至室温时取出产物，至此成功制得CuO/氮化碳复合光催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种CuO/氮化碳复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备酚醛树脂乙醇溶液：将一定量20wt％的NaOH溶液和苯酚在40～45℃的烧瓶中溶解，再将甲醛水溶液(37wt％)逐滴加入其中，将它们转移至圆底烧瓶中封口，并将其在60～90℃油浴搅拌0.5～1h。冷却至室温后，用2M的HCl溶液将上述溶液pH值调至6.0～7.0，50℃以下真空干燥去除水分即得所需的酚醛树脂。将所得酚醛树脂溶于无水乙醇中制得20wt％酚醛树脂乙醇溶液；(2)CuO/氮化碳的制备：先将一定量PluronicF127和无水乙醇加入到250mL的圆底烧瓶中，并将烧瓶置于40～60℃油浴锅中搅拌至PluronicF127完全溶解，再将步骤(1)制备的20wt％酚醛树脂乙醇溶液加入到烧瓶中，并继续搅拌10～30min。称取一定量的三聚氰胺、铜源与去离子水溶解后加入到烧瓶中，并将烧瓶置于60～90℃油浴锅中搅拌3～6h。最后把烧瓶中的溶液转移至蒸发皿中，将蒸发皿放入80～120℃的烘箱中干燥6～12h。取出混合物研磨至粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：段芳，段丽颖，陶裕，高淑华，徐超，陈明清，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32