一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂的制备方法，包括：制备将尿素、氢氧化钾预反应液，并使部分热分解，冷冻干燥后得到海绵状冻干粉。冻干粉热聚合后得到氮化碳纳米薄纱，洗涤并收集。氮化碳纳米薄纱与盐酸多巴胺在室温、黑暗条件下预反应后，在光照、有氧、较高温度下反应。最后通过静电吸附和离子交换原位沉积磷酸银。本发明专利技术提出的冷冻

【技术实现步骤摘要】
一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光催化纳米材料制备
，具体涉及一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]石墨相氮化碳(Graphitic carbon nitride，g
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C3N4)是一种生物相容性高，无毒(口服半数致死量为：5000mg/kg)的可见光活性聚合物半导体。g
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C3N4，带宽约为2.7ev，这种带隙结构理论上可吸收波长小于460nm的太阳光进行水的还原和氧化，进而生成活性氧(ROS)和氧气。然而由于块状g
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C3N4比表面积小，电子传递能力差，光生载流子复合严重等问题，原始状态的g
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C3N4的ROS生成活性和析氧反应(OER)活性有限。
[0003]研究表明：它与另一种Ag3PO4半导体催化剂形成异质结后，电荷传输效率增强，电子
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空穴复位被抑制，催化效率增强。很多研究者针对Ag3PO4、g
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C3N4复合催化剂的制备作了相应研究。这类专利技术主要致力于通过表面改性改善g
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C3N4/Ag3PO4异质结的界面接触。其中，夏明珠等人制备了磷酸银/氮化碳异质结(公开号：CN109012721A)；宋立民等人制备磷酸银/氮化碳复合膜(公开号：CN105214700A)；何金云等人制备了一种钨酸铋/氮化碳/磷酸银异质结(公开号：CN109847771A)。尽管这些研究通过优化的异质结构建对g
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C3N4/Ag3PO4复合催化剂的催化活性进行了部分提升，改善了其在化工领域的应用效果。然而，现有形式Ag3PO4/g
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C3N4复合催化剂并不适于生物医学应用。这是因为，(1)当前Ag3PO4/g
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C3N4半导体催化剂在水相中分散性、稳定性差，生物相容性差。(2)催化活性依旧有限，这使得其在生物医学领域应用时必须有高剂量以保证能够在病灶组织部位生成有效计量的ROS和氧气。不可忽视的是，即使这些催化剂组织异物性低，生物相容性好，降解、代谢、排出这些纳米材料依然会给机体带来额外的负担。这些缺点有待通过有效的催化剂的表面修饰、形貌改变、活性位点构筑和质能转移设计来克服。
[0004]总之，现有g
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C3N4/Ag3PO4催化剂材料生物医学应用困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂及制备方法和应用。本专利技术通过对多巴胺分子层间掺杂行为和氧化自聚行为的调控，最终形成了“由极薄的半导体单晶薄膜周期性生成形成的多层异质结结构”——即超晶格结构。制备的氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂材料具有良好的生物活性。且能够在酸性条件下生成ROS，在碱性条件下产生氧气。从而用于感染性伤口的治疗。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤一：将尿素溶液和氢氧化钾溶液一同置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，
80℃～120℃条件下预反应4h～8h，然后取出置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到海绵状尿素冻干粉；
[0008]步骤二、将步骤一中所述海绵状尿素冻干粉于马弗炉中进行热聚合反应，反应结束后冷却，洗涤干燥，得到氮化碳纳米薄纱；
[0009]步骤三、将步骤二中所述氮化碳纳米薄纱加入双蒸水中，超声得到分散液；向所述分散液中加入盐酸多巴胺，搅拌反应0.5h～1.5h；然后向反应物料中加入碱性溶液调节反应物料pH值至8.0～10，60℃～100℃条件下反应24h，产物抽滤后洗涤干燥，得到氮化碳/聚多巴胺超晶格结构；
[0010]步骤四、将步骤三中所述氮化碳/聚多巴胺超晶格结构加入水中超声分散，然后加入AgNO3，避光条件下搅拌反应5min～15min，再加入Na3PO4，避光条件下搅拌反应5min～15min，反应产物抽滤后洗涤干燥，得到氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂。
[0011]上述的一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中尿素和氢氧化钾的质量比为：(420～20160):1。
[0012]上述的一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二中所述热聚合反应的反应温度为500℃～600℃，热聚合反应的反应时间为2h～4h。
[0013]上述的一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤三中所述盐酸多巴胺和氮化碳纳米薄纱的质量比为1:(1～4)。
[0014]上述的一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤三中所述碱性溶液为三羟甲基氨基甲烷溶液、氢氧化钠溶液、三乙胺水溶液或pH值为8～10的缓冲溶液。
[0015]上述的一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述缓冲溶液为磷酸二氢钾
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氢氧化钠缓冲溶液、硼酸
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硼砂缓冲液、甘氨酸
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氢氧化钠缓冲液或硼砂
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氢氧化钠缓冲溶液。
[0016]上述的一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤四中AgNO3和氮化碳/聚多巴胺超晶格结构的质量比为(0.85～7.65):1，AgNO3和Na3PO4的质量比为1.34:1。
[0017]另外，本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂。
[0018]进一步地，本专利技术提供了一种上述制备方法制备得到的氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂在光解水产氧中的应用。
[0019]更进一步地，本专利技术提供了一种上述制备方法制备得到的氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂制备治疗感染性伤口治疗的药物中的应用。
[0020]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0021]1、本专利技术与PDA仅在催化剂的表面涂覆不同，在本专利技术中，由于对多巴胺分子层间掺杂行为和氧化自聚行为的调控，最终形成了“由极薄的半导体单晶薄膜周期性生成形成的多层异质结结构”——即超晶格结构。这种由氮化碳和聚多巴胺形成的超晶格结构是首次报道。
[0022]2、本专利技术的氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂具有增强的可见光利用
度、延长的载流子寿命、加快的载流子分离。在本专利技术高生物相容性基材选择的前提下，这种高催化活性和合适能带结构的杂化超晶格纳米催化剂能够利用生物体含量最高的水作为底物，并最终在生物体内酸性微环境下催化生成ROS，碱性微环境下产生氧气。即对应于疾病进程(如感染伤口愈合进程)实现按需治疗(如图1)。
[0023]3、本专利技术通过气体元素掺杂
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将尿素溶液和氢氧化钾溶液一同置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，80℃～120℃条件下预反应4h～8h，然后取出置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到海绵状尿素冻干粉；步骤二、将步骤一中所述海绵状尿素冻干粉于马弗炉中进行热聚合反应，反应结束后冷却，洗涤干燥，得到氮化碳纳米薄纱；步骤三、将步骤二中所述氮化碳纳米薄纱加入双蒸水中，超声得到分散液；向所述分散液中加入盐酸多巴胺，搅拌反应0.5h～1.5h；然后向反应物料中加入碱性溶液调节反应物料pH值至8.0～10，60℃～100℃条件下反应24h，产物抽滤后洗涤干燥，得到氮化碳/聚多巴胺超晶格结构；步骤四、将步骤三中所述氮化碳/聚多巴胺超晶格结构加入水中超声分散，然后加入AgNO3，避光条件下搅拌反应5min～15min，再加入Na3PO4，避光条件下搅拌反应5min～15min，反应产物抽滤后洗涤干燥，得到氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂。2.根据权利要求1所述的一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中尿素和氢氧化钾的质量比为：(420～20160):1。3.根据权利要求1所述的一种氮化碳/聚多巴胺/磷酸银超晶格纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二中所述热聚合反应的反应温度为500℃～600℃，热聚合反应的反应时间为2h～4h。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：范代娣，申世红，马晓轩，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：