一种微波辅助热共聚法制备CNQDs/g-C3N4复合材料的方法技术

本发明专利技术公开一种微波辅助热共聚法制备CNQDs/g

【技术实现步骤摘要】
一种微波辅助热共聚法制备CNQDs/g
‑
C3N4复合材料的方法


[0001]本专利技术涉及一种微波辅助热共聚法制备CNQDs/g
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C3N4复合材料的方法，属于清洁高效的材料合成


技术介绍

[0002]开发在可见光下具有优异催化性能和良好稳定性的半导体光催化剂是光催化领域的一个重要课题，对解决当前的能源和环境问题也具有重要意义。氮化碳石墨(g
‑
C3N4)作为一种无金属光催化剂，因其具有合适的带隙(2.7eV)、高稳定性、易于合成以及原料成本低等优点而引起了人们的极大关注。然而，由于相邻CN层之间的范德华相互作用较弱，载流子的强复合仍然限制了g
‑
C3N4的光催化活性。虽然与其他半导体的耦合已被证明能有效抑制电荷复合，但目前可用的无金属材料非常有限。
[0003]近年来，基于量子点(QDs)的复合材料的合成成为研究的热点。量子点可用于利用热电子或利用单个高能光子产生多个载流子。QDs
‑
Based复合材料的设计是提高光催化剂在可见光照射下光降解效率的有效策略。与此同时，基于QDs的材料提供了一个难得的机会：通过研究理论模型，使催化反应的机理路径合理化，因此比块状材料的精度更高。最终在原子水平上深入了解催化反应的过程，研究材料的结构与其相应性能之间的相互关系。一种新型的g
‑
C3N4量子点(CNQDs)材料因其特殊的光学性能而受到广泛关注。CNQDs具有与激发无关的上转换PL特性和量子效应，其独特的光电特性赋予了可见光和长波长的宽波段光学吸收，可以将近红外光转化为可见光，从而促进太阳能的收集；此外，它还可以用半导体构造同型异质结，通过在g
‑
C3N4表面上修饰CNQDs，增强了复合材料的光催化降解性能。现有技术中，以三聚氰胺和硫脲为原料，采用单锅共聚法制备了硫掺杂氮化碳量子点(S
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CNQDs)，采用一步原位聚合法制备了比表面积更大的g
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C3N4/S
‑
CNQDs；然而，其在制备过程中首先将g
‑
C3N4溶于二甲亚砜中，加入CNQDs前驱体溶液并加热到180度℃和保持回流分别为2、6、10h；冷却至室温后，离心收集粗产物，用四氢呋喃、二氯甲烷、丙酮有序洗涤，真空干燥24h。以上制备方法有一定的不足：(1)反应时间长且过程较为复杂；(2)能耗较大；(3)实验过程中采用了四氢呋喃、二氯甲烷等有机溶剂，不绿色环保。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种微波辅助热共聚法制备CNQDs/g
‑
C3N4复合材料的方法，该方法简单，绿色环保，易于大规模化生产，得到的CNQDs/g
‑
C3N4复合材料具有丰富的孔隙结构和较好的光催化性能等特性，在光催化、废水处理等领域有应用价值。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种微波辅助热共聚法制备CNQDs/g
‑
C3N4复合材料的方法，包括如下步骤：
[0007](1)在600～700W微波辐射功率下，通过体相加热的方式，使CNQDs的前体柠檬酸与硫脲按照摩尔比为1:(0.9～1.1)的比例反应5～7min，得到石墨氮化碳量子点CNQDs；
[0008](2)将g
‑
C3N4前驱体物质加入水中，搅拌至溶解，加入步骤
⑴
制得的CNQDs，继续搅
拌0.5
‑
1h，得到CNQDs与g
‑
C3N4前驱体物质的混合物，然后微波辐照2
‑
6min，并以14～16℃min
‑1的速率升温至550℃，煅烧1～1.5h，然后以10～12℃/min的速率降至室温，依次经过水洗和乙醇洗涤后，50
‑
70℃下烘干，得到CNQDs/g
‑
C3N4复合材料。
[0009]上述方法能够获得比表面积高、具有片层形貌和丰富的孔隙结构的CNQDs/g
‑
C3N4复合材料。该方法显著改善了传统合成方法耗时长且产率低的弊端，且操作简单，环保绿色，易于大规模化生产，同时合成出的材料能够保持较高的光催化降解效果，为复合光催化剂的合成提供了有效的途径，在光催化、废水处理等领域有应用价值。与传统方法中的12
‑
24h的烘干过程相比，煅烧前的微波处理大大减少了煅烧前驱体干燥时间，降低了干燥过程的原料损失，提高了尿素制备氮化碳的产率，相比于直接煅烧，产率提高了10倍，而且120min光催化降解效果与传统方法相比提高了25％。
[0010]为了确保复合材料的催化性能，步骤(2)中，得到的CNQDs/g
‑
C3N4复合材料中，CNQDs含量为0.5～7wt％，进一步优选，CNQDs含量为4～6wt％。
[0011]上述步骤(2)中，g
‑
C3N4前驱体物质为尿素，尿素溶解后的浓度为0.4～0.6g/ml。
[0012]步骤(2)中，微波辐照的功率为600～700W。
[0013]步骤(2)中，煅烧气氛为空气或氮气，烘干是在50
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55℃下真空干燥。
[0014]采用传统热共聚法制备CNQDs/g
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C3N4复合材料，耗时长且过程繁琐复杂。而采用上述微波辅助热共聚方法可以快速将氮化碳量子点(CNQDs)与g
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C3N4前驱体物质的混合后煅烧，大大提高了效率，减少了尿素的损失。本专利技术通过微波辅助加热过程，减少了样品合成时间以及不必要的原料浪费，该方法操作简单，环保绿色、高效，是一种快速、洁净、高效的材料合成方法。同时，采用微波辅助热共聚法制备的CNQDs/g
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C3N4复合材料具有优异的光催化性能。
[0015]上述微波辅助热共聚法制备CNQDs/g
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C3N4复合材料，通过在g
‑
C3N4表面上修饰CNQDs，加速了光生载流子的输运，有利于提高电子空穴的分离效率，提升其光催化性能。此外，CNQDs因其独特的上转换性能而备受关注，它可以将近红外光转化为可见光，从而促进太阳能的收集。
[0016]一种微波辅助热共聚法制备CNQDs/g
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C3N4复合材料的应用，由上述方法制得，用作光催化剂，在光催化降解污染物中的用量为100～200mg/L。
[0017]本申请制得的CNQDs/g
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C3N4复合材料，活性高，用量少。现有同类材料在光催化降解污染物中的用量为1g/L。
[0018]本申请制得的CNQDs/g
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C3N4复合材料经乙醇洗涤、干燥后，可进行循环使用，经过五次循环使用后其光催化性能仍保持原活性的90％以上。
[0019]本专利技术未提及的技术均参照现有技术。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波辅助热共聚法制备CNQDs/g
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C3N4复合材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)在600～700W微波辐射功率下，通过体相加热的方式，使CNQDs的前体柠檬酸与硫脲按照摩尔比为1:(0.9～1.1)的比例反应5～7min，得到石墨氮化碳量子点CNQDs；(2)将g
‑
C3N4前驱体物质加入水中，搅拌至溶解，加入步骤
⑴
制得的CNQDs，继续搅拌0.5
‑
1h，得到CNQDs与g
‑
C3N4前驱体物质的混合物，然后微波辐照2
‑
6min，并以14～16℃min
‑1的速率升温至550℃，煅烧1～1.5h，然后以10～12℃/min的速率降至室温，依次经过水洗和乙醇洗涤后，50
‑
70℃下烘干，得到CNQDs/g
‑
C3N4复合材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，得到的CNQDs/g
‑
C3N4复合材料中，C...

【专利技术属性】
技术研发人员：史载锋，李晨，孙天一，林强，张大帅，
申请(专利权)人：海南师范大学，
类型：发明
国别省市：