一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种g‑C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法，属于纳米复合材料技术领域。具体制备方法的步骤为：通过金属钛或钛合金的电化学阳极氧化法首先制备纳米管阵列结构；然后在马弗炉中进行晶化处理，得到TiO2纳米管阵列；再将CsPbI3纳米粒子加入g‑C3N4悬浮液中，得到含CsPbI3和g‑C3N4的混合溶液；最后将TiO2纳米管阵列与混合溶液反应，制备得到g‑C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列。该改性处理方法在充分发挥纳米管有序阵列的优势的同时，实现了两种半导体材料的多元复合改性。制备得到的g‑C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列，比表面积大，对太阳光的响应吸收范围宽，可作为高性能的复合电极，为高性能光催化剂的设计提供支撑。

Fabrication of g-C3N4/CsPbI3/Ti2 nanotube arrays

The invention provides a preparation method of G C3N4/CsPbI3/titanium dioxide nanotube array, which belongs to the technical field of nanocomposite materials. The steps of preparation are as follows: firstly, nanotube arrays are prepared by electrochemical anodic oxidation of titanium or titanium alloys; secondly, titanium dioxide nanotube arrays are obtained by crystallization in muffle furnace; secondly, CsPbI3 nanoparticles are added into G C3N4 suspension to obtain mixed solutions containing CsPbI3 and G C3N4; finally, titanium dioxide nanotube arrays are prepared by reaction with mixed solutions. The g_C3N4/CsPbI3/titanium dioxide nanotube arrays were obtained. The modified method not only gives full play to the advantages of ordered nanotube arrays, but also realizes the multi-component composite modification of two semiconductor materials. The prepared g_C3N4/CsPbI3/titanium dioxide nanotube arrays have large specific surface area and wide response to sunlight. They can be used as high performance composite electrodes to support the design of high performance photocatalysts.

【技术实现步骤摘要】
一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法
本专利技术属于纳米复合材料
，特别涉及一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法。
技术介绍
目前，许多研究人员致力于开发高性能的光电极材料，而二氧化钛(TiO2)凭借其高化学稳定性、价格低廉、无毒无害等优良特性引起了广泛的关注。在TiO2各种纳米结构材料中，TiO2纳米管阵列由于比表面积大、吸附能力强、结构特征有利于电子传输等特征，被认为是最有希望的光电极材料之一。然而，TiO2的禁带宽度较宽（约3.2eV），只能在紫外光(占太阳能资源的3~5%)的照射下被激发，并且其光生载流子容易复合，这些问题大大限制了TiO2纳米管阵列在光电转换方面的应用。因此必须对TiO2纳米管阵列进行改性处理。TiO2纳米管阵列的改性方法有很多种，如金属离子掺杂，非金属离子掺杂，贵金属沉积和半导体复合等。一般来讲，不同的改性方法从不同的方面来改善TiO2纳米管阵列的光电性能，因此多元复合改性往往可以为TiO2纳米管阵列光电性能的提高带来协同效应，成为了一种新的改性处理趋势。
技术实现思路
本专利技术针对传统改性方法的缺陷，通过金属钛或钛合金的电化学阳极氧化法首先制备纳米管阵列结构，然后在马弗炉中进行晶化处理，得到TiO2纳米管阵列，再将CsPbI3纳米粒子加入g-C3N4悬浮液中，得到含CsPbI3和g-C3N4的混合溶液，最后将TiO2纳米管阵列与混合溶液反应，制备得到了g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列。具体的，本专利技术提供的一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法，具体按照以下步骤实施：S1：在含钛金属基体上，通过阳极氧化法制备纳米管有序阵列；S2：对所制备的纳米管有序阵列进行晶化处理，得到TiO2纳米管阵列；S3：制备g-C3N4悬浮液和CsPbI3纳米粒子，将CsPbI3纳米粒子加入g-C3N4悬浮液中，得到混合溶液。S4：对所制备的TiO2纳米管阵列与混合溶液反应，制备得到g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列。优选地，所述含钛金属基体为金属钛或钛合金。优选地，S1的具体步骤为：S11：选用电解液为含氟的酸性水溶液或含水含氟有机体系；S12：将含钛金属基体在含氟的酸性水溶液或含水含氟有机体系电解液体系中于15～60V下阳极氧化0.5～24h，在含钛金属基体表面生长出高度有序的纳米管有序阵列。更优选地，S2的具体步骤为：将所制备的纳米管有序阵列经400～550℃热处理2h，得到TiO2纳米管阵列。更优选地，S3的具体步骤为：称取一定量的尿素（或硫脲，或三聚氰胺），将尿素（或硫脲，或三聚氰胺）于马弗炉中400～600℃热处理2～3h，得到淡黄色的g-C3N4粉体；按照固液比:0.1~2:50（g：ml）的比例，分别量取g-C3N4粉体和无水乙醇，充分超声剥离2h，得到纳米g-C3N4悬浮液；按照0.05~0.2:0.05~0.2:5（mmol：mmol：ml）的比例，分别量取CsI、PbI2和二甲基甲酰胺，同时加入0.5ml油酸和0.25ml油胺作为表面配体，室温下将混合溶液加入10ml甲苯中，充分离心处理，取下层沉淀分散于乙烷中再过滤，制得CsPbI3纳米粒子；将CsPbI3纳米粒子加入纳米g-C3N4悬浮液中，两者摩尔比:0.01~1：1；充分超声混合，得到含CsPbI3和g-C3N4的混合液。更优选地，S4的具体步骤为：将制得的含CsPbI3和g-C3N4的混合溶液用旋涂法涂覆在所述TiO2纳米管阵列上，涂覆次数为3~9次，再在干燥箱中150~250℃下处理1~3h，得到所述g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列。更优选地，S4的具体步骤为：将所述TiO2纳米管阵列浸渍于所述含CsPbI3和g-C3N4的混合溶液中，室温下浸渍1~10min，再在干燥箱中150~250℃下处理1~3h，得到g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列。本专利技术还提供了一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列，由上述任一方法制备得到。本专利技术的技术方案具有如下有益效果：（1）本专利技术首先通过电化学阳极氧化法在金属钛或钛合金表面制备得到纳米管阵列结构，然后在马弗炉中进行晶化处理，得到TiO2纳米管阵列，再将CsPbI3纳米粒子加入g-C3N4悬浮液中，得到含CsPbI3和g-C3N4的混合溶液，最后将TiO2纳米管阵列与混合溶液反应，制备了g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列。通过充分发挥纳米管有序阵列的优势的同时，实现了两种半导体材料的多元复合改性，为高性能光催化剂的设计提供思路。（2）本专利技术提供的g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列，比表面积大，对太阳光的响应吸收范围宽，可作为高性能的复合电极，来光催化去除污染物。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。当实施例给出数值范围时，应理解，除非本专利技术另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本专利技术中使用的所有技术和科学术语与本
技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本
的技术人员对现有技术的掌握及本专利技术的记载，还可以使用与本专利技术实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本专利技术。一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法，具体按照以下步骤实施：S1：在含钛金属基体上，通过阳极氧化法制备纳米管有序阵列；S2：对所制备的纳米管有序阵列进行晶化处理，得到TiO2纳米管阵列；S3：制备g-C3N4悬浮液和CsPbI3纳米粒子，将CsPbI3纳米粒子加入g-C3N4悬浮液中，得到混合溶液。S4：对所制备的TiO2纳米管阵列与混合溶液反应，制备得到g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列。下面就本专利技术的技术方案进行具体的举例说明。实施例1一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法，具体步骤为：选用0.2mm厚的钛片，依次在去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇中各超声清洗5min，干燥备用。以钛片作为阳极，石墨片作为阴极，0.5wt%NH4F+0.3MH3PO4的水溶液作为电解液，于20V恒压下进行电化学阳极氧化1h，在钛片表面生长出高度有序的纳米管有序阵列。将纳米管有序阵列以3℃/min的升温速度，在550℃下热处理2h，得到TiO2纳米管阵列。称取一定量的尿素，将尿素在550℃下热处理，得到淡黄色的g-C3N4粉体；按照固液比1g:50ml的比例，分别量取g-C3N4粉体和无水乙醇，充分混合后超声剥离，得到纳米g-C3N4悬浮液；把PbI2和CsI溶解在二甲基亚砜中，再加少量油酸和油胺做为外配体，充分溶解后，用移液枪转移1ml到10ml的甲苯中，待产生颗粒物后，离心分离得到纳米CsPbI3。将纳米CsPbI3加入纳米g-C3N4悬浮液中，两者摩尔比为0.1:1，充分超声分散后，得到含CsPbI3和g-C3N4的混合溶液。将上述TiO2纳米管阵列于所述混合溶液中在室温下浸渍5m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种g‑C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：S1：在含钛金属基体上，通过阳极氧化法制备纳米管有序阵列；S2：对所制备的纳米管有序阵列进行晶化处理，得到TiO2纳米管阵列；S3：制备g‑C3N4悬浮液和CsPbI3纳米粒子，将CsPbI3纳米粒子加入g‑C3N4悬浮液中，得到混合溶液；S4：对所制备的TiO2纳米管阵列与混合溶液反应，制备得到g‑C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列。

【技术特征摘要】
1.一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：S1：在含钛金属基体上，通过阳极氧化法制备纳米管有序阵列；S2：对所制备的纳米管有序阵列进行晶化处理，得到TiO2纳米管阵列；S3：制备g-C3N4悬浮液和CsPbI3纳米粒子，将CsPbI3纳米粒子加入g-C3N4悬浮液中，得到混合溶液；S4：对所制备的TiO2纳米管阵列与混合溶液反应，制备得到g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列。2.根据权利要求1所述的一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法，其特征在于，所述含钛金属基体为金属钛或钛合金。3.根据权利要求1所述的一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法，其特征在于，S1的具体步骤为：S11：选用电解液为含氟的酸性水溶液或含水含氟有机体系；S12：将含钛金属基体在含氟的酸性水溶液或含水含氟有机体系电解液体系中于15～60V下阳极氧化0.5～24h，在含钛金属基体表面生长出高度有序的纳米管有序阵列。4.根据权利要求3所述的一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法，其特征在于，S2的具体步骤为：将所制备的纳米管有序阵列经400～550℃热处理2h，得到TiO2纳米管阵列。5.根据权利要求4所述的一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法，其特征在于，S3的具体步骤为：称取一定量的尿素（或硫脲，或三聚氰胺），将尿素（或硫脲，或三聚氰胺）于马弗炉中400～600℃热处理2～...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世凯，周淑慧，董柯军，李云友，董浩永，樊志杰，闫长菲，冀小华，赵腾飞，单中霄，郭子杰，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41