一种氮化碳-多酸电荷转移盐光催化材料的制备方法技术

本发明专利技术属于光催化材料领域，具体涉及了一种氮化碳‑多酸电荷转移盐光催化材料的制备方法，具体将块体g‑C

Preparation of a kind of carbon nitride polyacid charge transfer salt photocatalytic material

【技术实现步骤摘要】
一种氮化碳-多酸电荷转移盐光催化材料的制备方法
本专利技术属于光催化材料领域，具体涉及了一种氮化碳-多酸电荷转移盐光催化材料的制备方法。
技术介绍
能源和环境问题是当前人类面临和亟待解决的重大问题。太阳能作为一种可再生的清洁能源，具有取之不尽用之不竭、清洁无污染等优点。半导体光催化技术以光催化材料为核心器件，对太阳能进行存储、转化和利用，一方面将太阳能高效转化为氢能，可望彻底解决石化资源的枯竭带来的能源问题；另一方面以太阳能为能量来源，有效地对温室气体和环境污染物进行高附加值利用和氧化分解，为人类的生存提供高品质的生存环境。类石墨烯型氮化碳（g-C3N4）是一种窄带隙半导体（Eg=2.70eV），具有较高的可见光催化活性、光化学稳定性以及容易进行改性等优点，近年来受到研究者们广泛关注，已广泛应用于太阳能光解水制氢气、光催化降解有机污染物、光催化有机合成反应以及光催化还原二氧化碳等能源和环境领域（AngewandteChemieInternationalEdition2018，57，496-500；JournalofHazardousMaterials2018，342，715-723；Nanoscale，2018，10，4515-4522；AppliedCatalysisB:Environmental2018，220，290-302；AdvancedFunctionalMaterials2018，28，1705407；Advanced Materials2018，30，1705060）。然而，由于其光响应范围局限在475nm，仅可以利用部分可见光能量，而其他可见光能量以及占太阳光谱43%的红外光能量均不能进行有效利用，严重限制了其对太阳全光谱的响应和有效利用，另外，由于g-C3N4为聚合物材料，具有很高的激子结合能和较低结晶度，不利于光生电子-空穴对的快速迁移和高效分离，从而导致其光催化过程存在光生电子-空穴复合严重、量子效率低等不足，制约了其在能源和环境领域的大规模推广应用。近年来，多酸作为一种优异的均相光催化剂，在有机污染物光催化降解以及光催化有机合成方面具有广泛的应用（JournalofPhotochemistryandPhotobiologyA：Chemistry2017，334，61-73；AppliedCatalysisB:Environmental，2017，200，283-296；ChemicalCommunications，2017，53，2335-2338；ACSCatalysis，2016，6，7174-7182；AppliedCatalysisB：Environmental2015，164，113-119；AppliedCatalysisB：Environmental2019，242，249-257）。在光子激发下，多酸分子中的电子由最高占有轨道(HOMO)被激发到最低未占据轨道(LUMO)，即O→M的电荷转移跃迁（OMCT），形成激发态的POM*，POM*具有较强的氧化能力，可以氧化其它物质而自身被还原形成杂多蓝POM-（AppliedCatalysisB:Environmental，2013，138-139，446-452）。然而，多酸光能利用率低，只能利用紫外光，而占太阳光谱中的绝大部分的可见光和红外光部分（能量约占93%）未得到有效利用，从而阻碍了其实际应用。另一方面，多酸通常具有较高的水溶性，难于回收利用，流失到反应体系中造成环境污染(AppliedCatalysisB：Environmental2017，200，283-296)，因此目前该材料有待改进。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种氮化碳-多酸电荷转移盐光催化材料的制备方法，生产成本低，且制备得到的光催化材料可以显著提高全光谱光的催化活性。一种氮化碳-多酸电荷转移盐光催化材料的制备方法，将块体g-C3N4利用浓酸进行插层处理得到酸化g-C3N4，将酸化g-C3N4溶解于酸性乙二醇溶液形成酸化g-C3N4-乙二醇溶液；将多酸作为前驱体在酸性水溶液中热缩合形成多酸溶液，再与酸化g-C3N4-乙二醇溶液进行离子交换反应，得到氮化碳-多酸电荷转移盐光催化材料。本专利技术采用酸化氮化碳为质子源，对多酸进行部分还原，以离子交换方法制备形成氮化碳-多酸电荷转移盐，该材料一方面拓宽了光响应范围，在全光谱范围内均具有响应的光吸收性能；另一方面，电荷转移盐的内建电场有效抑制了g-C3N4存在的光生载流子复合行为严重的问题；最后，该材料为固体粉末材料，使用过后可以进行有效地回收再利用，从而避免了多酸盐自身的均相应用缺点。本专利技术方法工艺简单、成本低廉、绿色环保，制备得到的电荷转移盐光催化材料具有较高的催化活性。其中，所述酸化g-C3N4通过以下方法得到：取1质量份的g-C3N4、10质量份的浓酸和5质量份的发烟硫酸在120-140℃条件下搅拌2-4h，冷却利用去离子水过滤干燥得到白色粉末即为酸化g-C3N4。本专利技术要求酸化氮化碳纳米片是质子化程度极其深刻的质子化，才能溶解于乙二醇溶液中。本专利技术所使用的酸化g-C3N4，可以参考中国专利技术专利申请CN106362785A中所记载的具体的制备酸化g-C3N4的方法制备得到，也可以用下面的方法制得：将三聚氰胺置于加盖的坩埚，以2.3℃/min的升温速度在马弗炉中升温至550℃，保持4h，自然冷却后所得的黄色粉即为块体g-C3N4；将4.0gg-C3N4、52gH2SO4（浓度98%）、和20g发烟硫酸（含游离SO3约20～25%）依次加入到烧瓶中，在140℃下搅拌2h。自然冷却，随之注入到去离子水中，过滤收集白色产物，去离子水洗涤，干燥，所得白色粉末为酸化g-C3N4纳米片。进一步的，在制备酸化g-C3N4时加入发烟硫得到的酸化g-C3N4品质较高。纳米片的完整度更好。其中，所述酸性乙二醇溶液的pH为1-2，在酸性条件下有利于酸化g-C3N4纳米片的溶解。其中，所述多酸为杂多酸或者同多酸。多酸又称多金属氧酸盐，是前过渡金属离子的高氧化态（如V、Mo、W等）与氧形成的纳米级的金属－氧簇类化合物。多酸中含有相同酸根的称为同多酸，含有不同酸根的称为杂多酸；相应的盐称为同多酸盐和杂多酸盐，本专利技术可以选用杂多酸和同多酸。优选为聚钨酸、聚钼酸、磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸和硅钼酸等。其中，所述离子交换反应的具体方法为：取0.01-0.1mol的多酸，加入4-40mL的水，在85-95℃条件下反应10-30min，再加入6.9-15ml摩尔浓度为3mol/L的HCl调整pH为1-3，然后加入含0.00025-0.0025mol酸化氮化碳纳米片的酸化g-C3N4-乙二醇溶液继续反应，产生蓝绿色粉末，经过过滤洗涤，在50-90℃温度下真空干燥6-12h，得到氮化碳-多酸电荷转移盐光催化材料。本专利技术专利技术采用的方法为离子交换法形成新的电荷转移盐，而并不是简单混合的光催化复合材料，制备得到的光催化材料内部的内建电场促使光生载流子分离和传输更加有效，极大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化碳-多酸电荷转移盐光催化材料的制备方法，其特征在于：将块体g-C

【技术特征摘要】
20190820 CN 20191076647881.一种氮化碳-多酸电荷转移盐光催化材料的制备方法，其特征在于：将块体g-C3N4利用浓酸进行插层处理得到酸化g-C3N4，将酸化g-C3N4溶解于酸性乙二醇溶液形成酸化g-C3N4-乙二醇溶液；将多酸在酸性水溶液中热缩合形成多酸溶液，再与酸化g-C3N4-乙二醇溶液进行离子交换反应，得到氮化碳-多酸电荷转移盐光催化材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述酸化g-C3N4通过以下方法得到：取1质量份的g-C3N4、10质量份的浓酸和5质量份的发烟硫酸在120-140℃条件下搅拌2-4h，然后冷却,再利用去离子水过滤干燥得到白色粉末即为酸化g-C3N4。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述酸性乙二醇溶液的pH为1-2。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述多酸为杂多酸或者同多酸。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述多酸为聚钨酸、聚钼酸、磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸和硅钼酸中任一种。


6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述离子交换反应的具体方法为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓龙，汪妍，于建强，张妍，彭彦华，李琢，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37