一种氮化碳量子点/氧化物纳米纤维复合光催化材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于复合光催化材料制备技术领域，特别涉及一种氮化碳量子点/氧化物纳米纤维复合光催化材料及其制备方法。本发明专利技术的制备方法包括：由聚合物、溶剂、金属盐制备前驱体溶液，然后将前驱体溶液通过静电纺丝、煅烧得到氧化物纳米纤维，并制备氮化碳纳米片，最后将氧化物纳米纤维与氮化碳纳米片分别置于管式炉的出口端、进口端，在惰性气氛输送的条件下对进口端进行热处理，得到复合光催化材料。本发明专利技术采用的热剥离原位沉积法一步实现了氮化碳量子点的制备与复合，与现有的水热法和机械混合法相比，复合的均匀性和复合的效率都显著提高，并且制备的复合材料结构稳定，解决了量子点不易复合的难题，方法简单易行、成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化碳量子点/氧化物纳米纤维复合光催化材料及其制备方法
本专利技术属于复合光催化材料制备
，特别涉及一种氮化碳量子点/氧化物纳米纤维复合光催化材料及其制备方法。
技术介绍
半导体光催化技术，作为一种绿色环保技术，在环境污染治理和清洁能源开发方面具有重要的应用价值。在众多光催化材料中，氮化碳(g-C3N4)因其具有合适的能带结构、良好的稳定性、成本低廉、安全无毒等优点，近年来得到了广泛的研究和关注。然而，单一组分的g-C3N4存在太阳光利用率低，光生载流子复合率高等问题，导致g-C3N4的光催化活性偏低，从而限制了其广泛应用。因此，对g-C3N4进行改性以提高其光催化性能在光催化研究和应用领域具有重要意义。g-C3N4量子点是一种新型的g-C3N4纳米材料，它不仅保留了氮化碳本身的一些性质，而且兼具量子点材料的表面效应、量子尺寸效应等特性，能有效提升其量子产率。此外，通过将g-C3N4量子点与具有优异光电传输特性的一维半导体氧化物(如TiO2、ZnO、SnO2、WO3等)复合，构建异质结构，可有效促进光生电子和空穴的分离，进一步提高其可见光催化效率。授权公告号为CN106268900B的中国专利技术专利公开了一种g-C3N4量子点敏化AgVO3纳米线的制备方法；文献“单分散g-C3N4量子点修饰一维棒状BiPO4微晶的合成及其对光催化活性增强机理”报道了一种g-C3N4量子点修饰一维棒状BiPO4的光催化剂(参见ChineseJournalofInorganicChemistry32(2016)1246-1254)，这些方法在制备过程中通常先要合成出g-C3N4量子点，然后再通过水热法、机械混合法等方法制备出最终的复合光催化剂，其中水热法对实验设备要求较高，机械混合法耗时长，复合效率低，且复合后量子点分布不均匀，易脱落。此外，这些方法合成的一维氧化物多为长径比较小的纳米线、纳米棒，宏观上看依然是粉体材料，在使用过程中存在难分离回收、循环使用成本高的问题。文献“Hybridizationofg-C3N4quantumdotswith1DbranchedTiO2fiberforefficientvisiblelight-drivenphotocatalytichydrogengeneration”中报道了利用静电纺丝技术和碱性水热法制备分枝状的TiO2纳米纤维，然后再通过化学气相沉积法在TiO2纳米纤维表面附着g-C3N4量子点(参见InternationalJournalofHydrogenEnergy45(2020)13994-14005)，该方法虽然可以实现g-C3N4量子点在纳米纤维表面的制备和复合，但制备的g-C3N4量子点分散性较差、负载量低。此外，采用碱性水热法制备分枝状TiO2纳米纤维，反应条件苛刻，对实验设备要求较高，同时所制备的纤维存在连续性差，强度低等问题。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、复合均匀且效率高、产品光催化性能和循环稳定性能好的氮化碳量子点/氧化物纳米纤维复合光催化材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种氮化碳量子点/氧化物纳米纤维复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：(1)前驱体溶液的制备将聚合物、溶剂、金属盐混合均匀，得前驱体溶液，所述金属盐为钛酸酯类化合物、金属氯盐、金属硫酸盐、金属硝酸盐中的一种或两种以上；(2)氧化物纳米纤维的制备将步骤(1)所得的前驱体溶液通过静电纺丝制成前驱体纳米纤维，然后在含氧气氛中对所述前驱体纳米纤维煅烧，得到氧化物纳米纤维；(3)氮化碳纳米片的制备将三聚氰胺、碳酸铵研磨后混合均匀，得混合粉末，对混合粉末热处理得氮化碳纳米片；(4)复合光催化材料的制备将步骤(2)所得的氧化物纳米纤维与步骤(3)所得的氮化碳纳米片分别置于管式炉的出口端、进口端，在惰性气氛输送的条件下对进口端的氮化碳纳米片进行热处理，得到复合光催化材料。优选地，步骤(1)中，所述聚合物、溶剂、金属盐的质量比为1：(5～20)：(1～10)。优选地，步骤(1)中，所述聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩丁醛、聚环氧乙烷、聚苯乙烯中的至少一种。优选地，步骤(1)中，所述溶剂为水、乙醇、乙酸、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。优选地，步骤(1)中，所述钛酸酯类化合物为钛酸异丙酯、钛酸四丁酯。更优选地，步骤(1)中，所述金属盐为钛酸异丙酯、钛酸四丁酯、四氯化钛、氯化锰、硫酸锰、氯化铁、硝酸铁、氯化钴、硝酸钴、氯化镍、硝酸镍、氯化铜、硝酸铜、氯化锌、硝酸锌、氯化锡、硝酸铋、氯化钨、氯化钼、氯化铈、硝酸铈中的至少一种。优选地，步骤(2)中，所述静电纺丝的条件为：温度20～30℃，相对湿度为20～70％，纺丝电压为10～50kV，灌注速度为0.1～10mL/h，纤维收集装置与喷头距离为10～40cm。优选地，步骤(2)中，所述煅烧的条件为：煅烧温度400～1000℃，保温时间10～300min。优选地，步骤(2)中，所述煅烧的升温速率0.5～10℃/min。优选地，步骤(3)中，所述三聚氰胺与碳酸铵的质量比为1：(0.5～4)。优选地，步骤(3)中，所述热处理为：将所述混合粉末加热至500～540℃，保温2～4h后冷却至室温。优选地，步骤(4)中，所述氧化物纳米纤维与氮化碳纳米片的质量比为100：(0.1～10)。优选地，步骤(4)中，所述惰性气氛的流速为50～200mL/min。优选地，步骤(4)中，所述惰性气氛为氮气、氩气、氦气中的一种。优选地，步骤(4)中，所述热处理的温度为550～700℃，热处理的时间为1～5h。一种采用上述制备方法得到的氮化碳量子点/氧化物纳米纤维复合光催化材料。优选地，所述氧化物纳米纤维的平均直径为100～800nm，所述氮化碳量子点的粒径为3～10nm。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有如下优异效果：本专利技术首先通过静电纺丝法制备具有高长径比的氧化物纳米纤维，随后采用热剥离原位沉积法在氧化物纳米纤维表面均匀生长附着氮化碳量子点，此方法简单易行、成本低廉、复合均匀且效率高、产物的可见光催化活性高且循环稳定性好。本专利技术的复合光催化材料具有以下优点：(1)本专利技术所制备的氮化碳量子点/氧化物纳米纤维复合光催化材料，不仅具有量子点的尺寸效应、表面效应和介电限域效应等特性，而且兼具一维纳米材料独特的光电传输特性，可有效提升量子产率和电子传输速率。此外，将氮化碳量子点均匀紧密的附着在氧化物纳米纤维表面所形成的异质结能有效促进光生电子和空穴的分离，减少光生载流子的复合，从而显著增强复合材料的光催化性能。(2)本专利技术采用的热剥离原位沉积法一步实现了氮化碳量子点的制备与复合，这种方法与现有的水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化碳量子点/氧化物纳米纤维复合光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)前驱体溶液的制备/n将聚合物、溶剂、金属盐混合均匀，得前驱体溶液，所述金属盐为钛酸酯类化合物、金属氯盐、金属硫酸盐、金属硝酸盐中的一种或两种以上；/n(2)氧化物纳米纤维的制备/n将步骤(1)所得的所述前驱体溶液通过静电纺丝制成前驱体纳米纤维，然后在含氧气氛中对所述前驱体纳米纤维煅烧，得到氧化物纳米纤维；/n(3)氮化碳纳米片的制备/n将三聚氰胺、碳酸铵研磨后混合均匀，得混合粉末，对混合粉末热处理得氮化碳纳米片；/n(4)复合光催化材料的制备/n将步骤(2)所得的所述氧化物纳米纤维与步骤(3)所得的所述氮化碳纳米片分别置于管式炉的出口端、进口端，在惰性气氛输送的条件下对进口端的氮化碳纳米片进行热处理，得到复合光催化材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种氮化碳量子点/氧化物纳米纤维复合光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)前驱体溶液的制备
将聚合物、溶剂、金属盐混合均匀，得前驱体溶液，所述金属盐为钛酸酯类化合物、金属氯盐、金属硫酸盐、金属硝酸盐中的一种或两种以上；
(2)氧化物纳米纤维的制备
将步骤(1)所得的所述前驱体溶液通过静电纺丝制成前驱体纳米纤维，然后在含氧气氛中对所述前驱体纳米纤维煅烧，得到氧化物纳米纤维；
(3)氮化碳纳米片的制备
将三聚氰胺、碳酸铵研磨后混合均匀，得混合粉末，对混合粉末热处理得氮化碳纳米片；
(4)复合光催化材料的制备
将步骤(2)所得的所述氧化物纳米纤维与步骤(3)所得的所述氮化碳纳米片分别置于管式炉的出口端、进口端，在惰性气氛输送的条件下对进口端的氮化碳纳米片进行热处理，得到复合光催化材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚合物、溶剂、金属盐的质量比为1：(5～20)：(1～10)；
优选地，所述聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩丁醛、聚环氧乙烷、聚苯乙烯中的至少一种；
优选地，所述溶剂为水、乙醇、乙酸、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种；
优选地，所述钛酸酯类化合物为钛酸异丙酯、钛酸四丁酯；
更优选地，所述金属盐为钛酸异丙酯、钛酸四丁酯、四氯化钛、氯化锰、硫酸锰、氯化铁、硝酸铁、氯化钴、硝酸钴、氯化镍、硝酸镍、氯化铜、硝酸铜、氯化锌、硝酸锌、氯化锡、硝酸铋、氯化钨、氯化钼、氯化铈、硝酸铈中的至少一种。


3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋骏，关荣锋，杨秀丽，解明华，董鹏玉，邵荣，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32