一种钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料及其制备方法，属于复合光催化剂材料领域。本发明专利技术采用片状的石墨相氮化碳材料作为载体物质，其二维平面结构有利于电子的传输，有效的阻止材料中电子

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合光催化剂材料领域，具体涉及一种钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，采用单一石墨相氮化碳或单一钙钛矿材料进行光催化反应，其催化效率仍处于较低水平，因而，虽然已经有研究学者将石墨相氮化碳和钙钛矿纳米晶结合制备复合光催化材料的记载，但是，由于典型的ABO3型钙钛矿纳米晶易于团聚，不易分散的特点，现有技术中均是在钙钛矿纳米晶表面负载石墨相氮化碳制备复合催化剂，例如许雪莲在“钙钛矿
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氮化碳复合材料的性能分析及其在光
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芬顿治理废水中的应用”中记载了复合催化剂中LaFeO3在理论质量为90％(即LaFeO3/g
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C3N4‑
10％)催化剂有最好的活性，对罗丹明B的降解率活性曲线图在达到95％后即趋于平缓，即最高降解率可达到95％。同时，也有研究表明，XRD检测结果显示钙钛矿/氮化碳复合催化剂中杂峰较多，且特征峰不够突出，认为氮化碳中N原子的存在会影响钙钛矿结构的形成，从而限制了复合材料光催化性能的提高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料及其制备方法，该复合材料表现出良好的光催化活性。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料，包括片状石墨相氮化碳和分布在所述片状石墨相氮化碳表面的钙钛矿纳米晶；所述钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料中钙钛矿纳米晶的质量含量为11％～33％；所述钙钛矿纳米晶的平均晶粒尺寸为70～200nm。
[0006]优选的，所述钙钛矿纳米晶包括锰酸镧纳米晶、锰酸锶纳米晶、锰酸钡纳米晶、铁酸镧纳米晶、铁酸锶纳米晶、铁酸钡纳米晶、镍酸镧纳米晶、镍酸锶纳米晶和镍酸钡纳米晶中的一种。
[0007]本专利技术还提供了上述技术方案所述的钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)提供片状石墨相氮化碳悬浮液；
[0009](2)向所述步骤(1)中的片状石墨相氮化碳悬浮液中依次加入复合硝酸盐、柠檬酸和烷基酚聚氧乙烯醚，进行络合反应，得到钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳前驱液；
[0010](3)将所述步骤(2)得到的钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳前驱液依次进行陈化、干燥，得到钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳前驱体干凝胶；
[0011](4)将所述步骤(3)得到的钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳前驱体干凝胶依次进行第一次煅烧和第二次煅烧处理，得到钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料。
[0012]优选的，所述步骤(2)中的复合硝酸盐包括甲组硝酸盐和乙组硝酸盐；所述甲组硝酸盐为硝酸镧、硝酸锶或硝酸钡；所述乙组硝酸盐为硝酸锰、硝酸铁或硝酸镍。
[0013]优选的，所述步骤(2)中复合硝酸盐与片状石墨相氮化碳的质量比为1：(0.28～3.30)。
[0014]优选的，所述步骤(2)中柠檬酸与复合硝酸盐的质量比为(1.5～2.2)：1。
[0015]优选的，所述步骤(2)中烷基酚聚氧乙烯醚的质量为复合硝酸盐质量的2～2.8％。
[0016]优选的，所述步骤(3)中陈化的温度为50～70℃，陈化的时间为8～24h。
[0017]优选的，所述步骤(4)中第一次煅烧的温度为400～500℃，第一次煅烧的时间为2～4h。
[0018]优选的，所述步骤(4)中第二次煅烧的温度为550～650℃，第二次煅烧的时间为2～4h。
[0019]本专利技术提供了一种钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料，包括片状石墨相氮化碳和分布在所述片状石墨相氮化碳表面的钙钛矿纳米晶；所述钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料中钙钛矿纳米晶的质量含量为11％～33％；所述钙钛矿纳米晶的平均晶粒尺寸为70～200nm。本专利技术采用片状的石墨相氮化碳材料作为载体物质，其二维平面结构有利于电子的传输，有效的阻止材料中电子
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空穴对的复合；同时避免了钙钛矿纳米晶的团聚，使钙钛矿纳米晶在小粒径尺度下仍可在其表面具有较高的分散度，并促进半导体钙钛矿光催化剂中光生电子的转移，从而提高光生载荷子的分离效率，进而使复合材料展示出了良好的光催化活性。
[0020]实施例的结果表明，本专利技术提供的钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料对有机染料有很好的光催化降解作用，在3.5h内其对亚甲基蓝的降解率可达99.9％左右，分别是单一片状石墨相氮化碳和单一钙钛矿降解率的1.5和2.8倍；同时，本专利技术提供的钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料在光催化分解水制氢时的产氢速率可高至1189.49～1329.54μmolh
‑1g
‑1。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1的SrMnO3钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料的扫描电镜图；
[0022]图2为本专利技术实施例2的LaFeO3钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料的X射线衍射图；
[0023]图3为本专利技术实施例2的LaFeO3钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料的扫描电镜图；
[0024]图4为本专利技术实施例2的LaFeO3钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料降解染料亚甲基蓝的光催化分解曲线；
[0025]图5为本专利技术实施例3的BaNiO3钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料的扫描电镜图；
[0026]图6为本专利技术实施例1～3制得的三种钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料与单一片状石墨相氮化碳和纯铁酸镧钙钛矿进行光催化分解水制氢的产氢速率曲线(其中，CNNS是氮化碳纳米片，LFO是纯铁酸镧LaFeO3，SMO/CNNS是实施例1的SrMnO3钙钛矿纳米
晶/片状石墨相氮化碳复合材料，LFO/CNNS是实施例2的LaFeO3钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料，BNO/CNNS是实施例3的BaNiO3钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料)。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料，包括片状石墨相氮化碳和分布在所述片状石墨相氮化碳表面的钙钛矿纳米晶；所述钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料中钙钛矿纳米晶的质量含量为11％～33％；所述钙钛矿纳米晶的平均晶粒尺寸为70～200nm。
[0028]本专利技术提供的钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料，包括片状石墨相氮化碳。本专利技术采用片状的石墨相氮化碳材料，其二维平面结构有利于电子的传输，可有效阻止材料中电子
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空穴对的复合，更有利于提高钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料的光催化活性。
[0029]在本专利技术中，所述片状石墨相氮化碳的片层厚度优选为10～50nm，更优选为15～45nm，最优选为20～40nm。本专利技术通过控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料，包括片状石墨相氮化碳和分布在所述片状石墨相氮化碳表面的钙钛矿纳米晶；所述钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料中钙钛矿纳米晶的质量含量为11％～33％；所述钙钛矿纳米晶的平均晶粒尺寸为70～200nm。2.如权利要求1所述的钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料，其特征在于，所述钙钛矿纳米晶包括锰酸镧纳米晶、锰酸锶纳米晶、锰酸钡纳米晶、铁酸镧纳米晶、铁酸锶纳米晶、铁酸钡纳米晶、镍酸镧纳米晶、镍酸锶纳米晶和镍酸钡纳米晶中的一种。3.一种如权利要求1或2所述的钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)提供片状石墨相氮化碳悬浮液；(2)向所述步骤(1)中的片状石墨相氮化碳悬浮液中依次加入复合硝酸盐、柠檬酸和烷基酚聚氧乙烯醚，进行络合反应，得到钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳前驱液；(3)将所述步骤(2)得到的钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳前驱液依次进行陈化、干燥，得到钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳前驱体干凝胶；(4)将所述步骤(3)得到的钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳前驱体干凝胶依次进行第一次煅烧和第二次煅烧处理，得到钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料。4.如权利要求3所述的钙钛矿纳米晶/片状石墨相氮化碳复合材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡婕，田震，张春迎，陈玉芳，刘昊权，黄浩，温斌，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：