氮化碳纳米片修饰的Janus纳米纤维异质结光催化剂制造技术

本发明专利技术涉及氮化碳纳米片修饰的Janus纳米纤维异质结光催化剂，属于纳米材料制备技术领域。本发明专利技术包括四个步骤：(1)配制纺丝液；(2)共轭电纺技术制备[TiO2/PAN]//[(NH4)

【技术实现步骤摘要】
氮化碳纳米片修饰的Janus纳米纤维异质结光催化剂


[0001]本专利技术涉及纳米材料制备
，具体说涉及氮化碳纳米片修饰的Janus纳米纤维异质结光催化剂。

技术介绍

[0002]能源短缺和环境污染是目前人类社会面临的两大难题，已经引起了人们的高度关注。光催化技术有望解决这两大难题，已成为材料科学的前沿热点研究课题之一。氢能是重要的清洁能源，利用光催化技术分解水产氢是获得氢能的重要途径之一，可以很好地解决能源短缺困境。利用光催化分解环境中的污染物是保护环境、解决环境污染的重要途径之一。设计并构筑结构新颖高效的光催化剂是光催化技术发展和应用的关键，已成为光催化
的前沿热点研究方向。
[0003]Janus材料是指两种化学组成或者一种化学组成但结构不同在同一体系中具有明确分区结构的材料，因而具有双重性质如亲水/疏水，发光/导电等，是材料科学领域的前沿、热点研究方向之一。Janus纳米纤维是指两种化学组成在同一纳米纤维中具有明确分区结构的纳米纤维，如纳米纤维的一侧是禁带宽度较大的半导体TiO2/C复合纤维，纳米纤维的另一侧是禁带宽度较小的半导体Bi2WO6/C复合纤维，两股纤维肩并肩地结合在一起就形成了[TiO2/C]//[Bi2WO6/C]Janus纳米纤维，这种Janus纳米纤维将具有特殊的性质和应用。
[0004]专利号为1975504的美国专利公开了一项有关静电纺丝方法(electrospinning)的技术方案，静电纺丝技术也称为电纺技术，该技术是制备连续的、具有宏观长度的微纳米纤维的一种有效方法，由Formhals于1934年首先提出。这一方法主要用来制备高分子纳米纤维，其特征是使带电的高分子溶液或熔体在静电场中受静电力的牵引而由喷嘴喷出，投向对面的接收屏，从而实现拉丝，然后，在常温下溶剂蒸发，或者熔体冷却到常温而固化，得到微纳米纤维。S.Yang等人已经采用静电纺丝技术制备了用于有机污染物降解的MoSe2/C一维纳米纤维光催化剂[J.Colloid Interface Sci.,2018,518,1
‑
10]；Q.Na等人采用电纺技术制备了MoS2/CdS
‑
TiO2纳米纤维产氢光催化剂[Appl.Catal.,B:Environ.,2017,202,374
‑
380]；X.J.Zhou等人采用电纺技术制备了石墨相氮化碳g
‑
C3N4纳米片/TiO2纳米纤维光催化剂[J.Hazard.Mater.,2018,344,113
‑
122]；P.F.Xu等人采用电纺技术制备了TiO2/Bi2WO6/C纳米纤维光催化剂[Environ.Sci.,2018,5,327
‑
337]；董相廷等人利用并行电纺技术制备了Eu(BA)3phen/PVP//PANI/PVP光电双功能两股并行纳米纤维束[国家专利技术专利，申请号：201210407369.5]；F.Li等人采用并行电纺技术制备了具有乙醇传感性能的SnO2//TiO
2 Janus纳米纤维[Mater.Lett.,2020,262,127070]。目前，未见利用电纺技术与尿素气化气固相反应相结合的技术制备g
‑
C3N4纳米片修饰的[TiO2/C]//[Bi2WO6/C]Janus纳米纤维异质结光催化剂的相关报道。
[0005]利用电纺技术制备纳米材料时，原料的种类、高分子模板剂的分子量、纺丝液的组成、纺丝过程参数和喷丝头的结构对最终产品的形貌和尺寸都有重要影响。本专利技术首先配制出两种纺丝液，即TiO2纳米晶/聚丙烯腈PAN/N,N
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二甲基甲酰胺DMF的混合液为一种纺丝
液，(NH4)
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/Bi(NO3)3/柠檬酸/PAN/DMF的混合液为另一种纺丝液，控制纺丝液的粘度至关重要；将两种纺丝液装入两个注射器中，采用一正一负两个高压直流电源，使用铝制转筒作为接收装置，在最佳的纺丝工艺条件下利用共轭电纺技术制备[TiO2/PAN]//[(NH4)
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/Bi(NO3)3/柠檬酸/PAN]Janus纳米纤维膜，之后进行热处理得到[TiO2/C]//[Bi2WO6/C]Janus纳米纤维膜；再利用尿素气化通过气固相反应在Janus纳米纤维表面生长氮化碳g
‑
C3N4纳米片，得到g
‑
C3N4纳米片修饰的[TiO2/C]//[Bi2WO6/C]Janus纳米纤维异质结光催化剂；该催化剂具有光催化分解水产氢和光降解亚甲基蓝双功能，将具有重要的应用前景。

技术实现思路

[0006]在
技术介绍
中采用静电纺丝技术制备了无机半导体一维纳米纤维光催化剂、无机半导体/C复合纳米纤维光催化剂、g
‑
C3N4纳米片/TiO2纳米纤维光催化剂、SnO2//TiO
2 Janus纳米纤维和Eu(BA)3phen/PVP//PANI/PVP光电双功能两股并行纳米纤维束。所使用的原料、模板剂、溶剂和最终的目标产物与本专利技术的方法有所不同。本专利技术采用共轭静电纺丝技术，制备出[TiO2/PAN]//[(NH4)
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/Bi(NO3)3/柠檬酸/PAN]Janus纳米纤维膜，之后进行热处理得到[TiO2/C]//[Bi2WO6/C]Janus纳米纤维膜，再利用尿素气化通过气固相反应在Janus纳米纤维表面生长氮化碳g
‑
C3N4纳米片，得到g
‑
C3N4纳米片修饰的[TiO2/C]//[Bi2WO6/C]Janus纳米纤维异质结光催化剂。
[0007]本专利技术是这样实现的，首先配制出两种纺丝液，即将TiO2纳米晶、聚丙烯腈PAN和N,N
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二甲基甲酰胺DMF的混合液作为一种纺丝液，将(NH4)
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、Bi(NO3)3、柠檬酸、PAN和DMF的混合液作为另一种纺丝液，控制纺丝液的粘度至关重要。将两种纺丝液装入两个注射器中，采用一正一负两个高压直流电源，使用铝制转筒作为接收装置，在最佳的纺丝工艺条件下，利用共轭电纺技术制备[TiO2/PAN]//[(NH4)
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/Bi(NO3)3/柠檬酸/PAN]Janus纳米纤维膜，之后进行热处理得到[TiO2/C]//[Bi2WO6/C]Janus纳米纤维膜；再利用尿素气化通过气固相反应在Janus纳米纤维表面生长g
‑
C3N4纳米片，得到g
‑
C3N4纳米片修饰的[TiO2/C]//[Bi2WO6/C]Janus纳米纤维异质结光催化剂。其步骤为：
[0008](1)配制纺丝液
[0009]将0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.氮化碳纳米片修饰的Janus纳米纤维异质结光催化剂，其特征在于，由高度分散的g
‑
C3N4纳米片修饰在[TiO2/C]//[Bi2WO6/C]Janus纳米纤维表面构成，Janus纳米纤维中单根纳米纤维的直径为370
±
4nm，具有良好的光催化产氢和降解有机染料亚甲基蓝双功能特性。2.一种如权利要求1所述的氮化碳纳米片修饰的Janus纳米纤维异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，采用一正一负两个高压直流电源，铝制转筒作为接收装置，利用共轭电纺技术，制备产物为氮化碳纳米片修饰的Janus纳米纤维异质结光催化剂，其步骤为：(1)配制纺丝液将0.6g粒径为25nm的TiO2纳米晶，2.0g的PAN分散在20.0g的DMF中，在60℃下连续搅拌直至形成均匀的纺丝液，称为纺丝液A；将0.3042g的(NH4)
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和0.5044g的柠檬酸加入到适量的蒸馏水中，加热蒸发后形成粘稠的胶状物，然后再依次加入20.0g DMF、1.1646g Bi(NO3)3·
5H2O和2.0g PAN，在60℃下搅拌形成均匀的纺丝液，称为纺丝液B；(2)制备[TiO2/PAN]//[(NH4)
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/Bi(NO3)3/柠檬酸/PAN]Janus纳米纤维膜将纺丝液A和纺丝液B分别转移到带有不锈钢针头的塑料注射器中，采用一正一负两个高压直流电源，接收装置为一个水平放置的长20cm，直径为7cm的圆柱形铝制转筒，转速为1200r/min，施加8.5kV的正负电压，纺丝液的流速为0.8mL h
‑1，针尖与收集装置转筒的距离为16cm，在室温下进行共轭电纺获得[TiO2/PAN]//[(NH4)
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/Bi(NO3)3/柠檬酸/PAN]Janus纳米纤维膜；(3)制备[TiO2/C]//[Bi2WO6/C]Janus纳米纤维膜为了使g
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C3N4在气
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固相反应过程中均匀地生长在Janus纳米纤维的表面，将所述的[TiO2/PAN]//[(NH4)
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/Bi(NO3)3/柠檬酸/PAN]Janus纳米纤维膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：董相廷，孙凤，于文生，谢云蕊，齐海娜，马千里，李丹，杨颖，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：