一种无定形FeOOHg-C3N4复合纳米材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种无定形FeOOHg‑C3N4复合纳米材料及其制备方法与应用。所述FeOOHg‑C3N4复合纳米材料为纳米FeOOH与纳米g‑C3N4复合的颗粒。在该材料时，采用了简便的原位沉积的方法，而且由于其原料易于获取，低成本，便于大规模的工业生产。在生产制备过程中，获得的a‑FeOOH纳米颗粒尺寸是极小，g‑C3N4纳米片是超薄，这就有利于超细的a‑FeOOH与g‑C3N4复合时产生了更多有效的异质结并进一步改善了纳米材料a‑FeOOH和g‑C3N4之间的协同作用，同时超细的纳米颗粒缩短了光生载流子的扩散距离，减少了光生载流子的损耗，从而提高了材料的光催化性能。

Amorphous FeOOHg-C3N4 composite nanomaterials and their preparation methods and Applications

The invention discloses an amorphous FeOOHg C3N4 composite nano material and a preparation method and application thereof. The FeOOHg C3N4 composite nano material is composed of nano FeOOH and nano g C3N4. A simple in-situ deposition method was adopted for this material, and because of its easy access to raw materials, low cost and convenient for large-scale industrial production. In the process of production, the size of a FeOOH nanoparticles is very small, and the G C3N4 nanoscale is ultra-thin, which is beneficial to the superfine a FeOOH and G C3N4, which produces more effective heterostructures and further improves the synergistic effect between the nanometer material a FeOOH and G C3N4, and the ultrafine nanoparticles shrink. The propagation distance of photogenerated carriers is shortened, the loss of photogenerated carriers is reduced, and the photocatalytic properties of the materials are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种无定形FeOOHg-C3N4复合纳米材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种纳米材料，特别涉及一种无定形FeOOHg-C3N4复合纳米材料及其制备方法与应用。
技术介绍
近年来，随着全球工业化和经济的不断发展，环境污染问题日益严重。目前，半导体光催化技术由于其可以把有毒有害的有机污染物降解为无毒产物而被认为是解决环境污染问题的重要途径。但是，半导体光催化技术仍然具有许多缺陷，例如光响应范围和光催化效率低。因此，发展具有高可见光响应和高光催化效率的新型光催化剂已经成为一项迫切的工作。在铁的氧化物以及氢氧化物中，无定形FeOOH(a-FeOOH)因其在紫外以及可见光的辐射下展现出良好的光催化降解的性能而受到广泛的。a-FeOOH易于从自然界中获得，无毒，耐腐蚀以及低成本的，并且a-FeOOH的带隙相对较窄。在这些优点中，窄带隙是极其重要的，它代表了a-FeOOH具有宽的光响应范围，可以吸收可见光，这是实现高光催化效率的前提。非金属半导体材料石墨相氮化碳(g-C3N4)在对有机污染物的光催化降解方面表现出良好的性能而受到研究人员的广泛的关注，这主要归因于其独特的三维层状结构，相对窄的带隙以及低成本等特点。但是，量子效率低和可见光响应范围窄等缺点限制了g-C3N4的广泛应用。当前，科学家们采取了许多措施来解决这些问题，包括与碳材料或其它半导体的组合，金属和/或非金属材料的掺杂，异质结的构造等。但是，都不能从根本上增强可见光吸收范围并改善光生电荷分离和转移。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无定形FeOOHg-C3N4复合纳米材料及其制备方法与应用。一种无定形FeOOHg-C3N4复合纳米材料，所述FeOOHg-C3N4复合纳米材料为纳米FeOOH与纳米g-C3N4复合的颗粒；(1)取尿素放入坩埚中，盖上盖子，放入马弗炉中，第一次高温烧结，然后将温度降低至常温，将烧结好的g-C3N4不盖盖子再次放入马弗炉中进行第二次高温烧结，冷却至室温后，通过离子水洗涤并在真空烘箱中进一步干燥获得g-C3N4纳米片；(2)将六水氯化铁溶解于无水乙醇中，然后，再将g-C3N4纳米片加入到溶液中并超声搅拌1-3小时，然后，再向悬浮液中加NH4HCO3，并且继续搅拌反应6-10小时，最后，收集产物并用无水乙醇洗涤，并通过真空冷冻干燥机进行干燥处理。所述第一次高温烧结设定升温速度为2.5℃/min，温度为550℃，保温时间240min。所述第二次高温烧结设定升温速度为5℃/min，温度为500℃，保温时间120min。所述六水氯化铁用量为1mmoL；所述无水乙醇用量为150mL；所述NH4HCO3的用量为3mmoL；所述g-C3N4的用量为300mg,400mg,500mg,600mg,700mg,800mg或900mg。上述无定形FeOOHg-C3N4复合纳米材料在降解有机污染物中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：在制备复合材料a-FeOOHg-C3N4时，采用了简便的原位沉积的方法，而且由于其原料易于获取，低成本。因此，a-FeOOHg-C3N4便于大规模的工业生产。在生产制备过程中，获得的a-FeOOH纳米颗粒尺寸是极小的，g-C3N4纳米片是超薄的。这就有利于超细的a-FeOOH与g-C3N4复合时产生了更多有效的异质结并进一步改善了纳米材料a-FeOOH和g-C3N4之间的协同作用，同时超细的纳米颗粒缩短了光生载流子的扩散距离，减少了光生载流子的损耗，从而提高了材料的光催化性能。在构造a-FeOOHg-C3N4异质结时，a-FeOOH与g-C3N4都具有合适的能带结构，这就有利于异质结的形成，减少了光生载流子的复合并进一步提高了光催化的效率。附图说明图1为CNNS和a-FeOOH/CNNS复合材料的XRD图谱。图2为CNNS，a-FeOOH和a-FeOOH/CNNS复合材料的FT-IR图谱。图3(A)和(B)是a-FeOOH/CNNS-800复合材料的C1s和N1s的高分辨率光谱；(C)和(D)是a-FeOOH/CNNS-800复合材料的Fe2p和O1s的高分辨率光谱。图4CNNS，a-FeOOH和a-FeOOH/CNNS复合材料的(A)UV-vis漫反射光谱和(B)数字照片。图5(A)CNNS，(B)a-FeOOH/CNNS-400复合材料，(C)a-FeOOH/CNNS-600复合材料和(D)a-FeOOH/CNNS-800复合材料的SEM图像。图6(A)和(D)a-FeOOH，(B)和(E)a-FeOOH/CNNS-800复合材料和(C)和(F)CNNS复合材料的TEM图像。图7a-FeOOH/CNNS-800复合材料的元素映射图和EDX光谱。图8(A)所制备的光催化剂对可见光照射下RhB降解的光催化活性；(B)可见光照射下所制备的光催化剂对RhB，MB，MO降解的光催化活性；(C)在可见光照射下由a-FeOOH/CNNS-800复合材料降解的RhB的吸收光谱；(D)在可见光照射下由a-FeOOH/CNNS复合材料降解的RhB相应的数字照片。图9(A)所制备的光催化剂对RhB降解的速率常数；(B)用于降解RhB，MB，MO的制备的光催化剂的速率常数。图10(A)a-FeOOH/CNNS-800复合材料在可见光照射下RhB降解的稳定性。(B)在可见光照射下，a-FeOOH/CNNS-800复合材料中RhB光催化降解过程中的自由基捕获实验。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。实施例1超细a-FeOOH的制备在不断搅拌的条件下，将1mmoL的六水氯化铁(FeCl3·6H2O)溶解到150mL的无水乙醇中。然后，在搅拌的过程中，再加入3mmoL的碳酸氢铵(NH4HCO3)，并将溶液搅拌8小时。最后，收集产物并用无水乙醇洗涤，并通过真空冷冻干燥机进行干燥，从而获得超细a-FeOOH。实施例2a-FeOOHg-C3N4纳米复合材料的制备(a-FeOOH/CNNS)取尿素放入坩埚中，盖上盖子，放入马弗炉中，设定升温速度为2.5℃/min，温度为550℃，保温时间240min。温度降低后，将烧结好的g-C3N4不盖盖子再次放入马弗炉中继续高温烧结，升温速度为5℃/min，温度500℃，保温时间120min。冷却至室温后，通过离子水洗涤并在真空烘箱中进一步干燥获得所需的超薄CNNS。将1mmoL的FeCl3·6H2O溶解于150mL无水乙醇中。然后，再将一定量的g-C3N4纳米片加入到溶液中并超声搅拌2小时以使g-C3N4纳米片分散。然后，再向悬浮液中加入3mmoL的NH4HCO3，并且继续搅拌反应8小时。最后，收集产物并用无水乙醇洗涤，并通过真空冷冻干燥机进行干燥处理。在本制备中，将分别加入300mg,400mg,500mg,600mg,700mg,800mg和900mg的g-C3N4纳米片来制备a-FeOOH/CNNS纳米复合材料，并分别命名为a-FeOOH/CNNS-300，a-FeOOH/CNNS-400，a-FeOOH/CNNS-500，a-FeOOH/CNNS-600，a-FeOOH/CNNS-700，a-FeOOH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无定形FeOOHg‑C3N4复合纳米材料，其特征在于，所述FeOOHg‑C3N4复合纳米材料为纳米FeOOH与纳米g‑C3N4复合的颗粒；(1)取尿素放入坩埚中，盖上盖子，放入马弗炉中，第一次高温烧结，然后将温度降低至常温，将烧结好的g‑C3N4不盖盖子再次放入马弗炉中进行第二次高温烧结，冷却至室温后，通过离子水洗涤并在真空烘箱中进一步干燥获得g‑C3N4纳米片；(2)将六水氯化铁溶解于无水乙醇中，然后，再将g‑C3N4纳米片加入到溶液中并超声搅拌1‑3小时，然后，再向悬浮液中加NH4HCO3，并且继续搅拌反应6‑10小时，最后，收集产物并用无水乙醇洗涤，并通过真空冷冻干燥机进行干燥处理。

【技术特征摘要】
1.一种无定形FeOOHg-C3N4复合纳米材料，其特征在于，所述FeOOHg-C3N4复合纳米材料为纳米FeOOH与纳米g-C3N4复合的颗粒；(1)取尿素放入坩埚中，盖上盖子，放入马弗炉中，第一次高温烧结，然后将温度降低至常温，将烧结好的g-C3N4不盖盖子再次放入马弗炉中进行第二次高温烧结，冷却至室温后，通过离子水洗涤并在真空烘箱中进一步干燥获得g-C3N4纳米片；(2)将六水氯化铁溶解于无水乙醇中，然后，再将g-C3N4纳米片加入到溶液中并超声搅拌1-3小时，然后，再向悬浮液中加NH4HCO3，并且继续搅拌反应6-10小时，最后，收集产物并用无水乙醇洗涤，并通过真空冷冻干燥机进行干燥处理。2.根据权利要求1所述一种无定形FeOOHg-C3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张守伟，徐锡金，杨红岑，曹茹雅，邓小龙，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37