一种高可见光活性单原子钛负载的石墨相氮化碳及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了高可见光活性单原子钛负载的石墨相氮化碳的制备方法，包括以下步骤：用N,N

【技术实现步骤摘要】
一种高可见光活性单原子钛负载的石墨相氮化碳及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及新材料的制备
，具体涉及一种高可见光活性单原子钛负载的石墨相氮化碳及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]细菌耐药性已经是全球公共卫生的主要威胁，这引起了世卫组织的极大关注(Acc.Chem.Res.2021,54,1909
‑
1920.和Nature2021,599,507
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512.)。如果细菌性抗生素的滥用得不到有效控制，每年将有1000万人因此而死亡，死亡人数超过癌症死亡人数，到2050年将造成100万亿美元的GDP损失(Science2021,372,1153
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1153.)。众所周知，抗生素通过食物或饮用水进入人和动物体内后，不能完全代谢(Cell2006,124,671
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675.和Nature2016,533,439
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439.)，此外，抗生素会随着血液循环进一步遍及全身多个器官，导致人体或者动物体免疫力逐渐下降(Nat.Rev.Urol.2017,14,139
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152.)。一种新的抗生素的专利技术需要10年以上，而新一代耐药菌的产生只需2年。因此，开发一种高效、低毒、无残留的杀菌剂仍是一个挑战。
[0003]光催化杀菌被普遍认为是一种相对绿色安全的杀菌方式(ACSNano2021,15,3808
‑
3848.和Angew.Chem.Int.Ed.2020,59,5218
‑
5225.)。它仅依靠太阳光的照射，就可以让半导体产生光生电子和空穴，随后电子和空穴分别与半导体表面吸附的O2和H2O发生相应的氧化还原反应，分别在材料表面产生超氧自由基和羟基自由基等活性物种，一些活性物种由于具有强氧化性进而破坏细胞壁并最终被灭活(Appl.Catal.B2021,287,119977.和Adv.Funct.Mater.2021,31,2105807.)。
[0004]石墨氮化碳(g
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C3N4)作为一种常见的半导体光催化材料，由于其无毒、生物相容性好、负导带位置等优异特点在光催化灭菌方面有着广阔的应用前景(Nat.Energy2021,6,388
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397.)，但由于它的光生载流子复合率高、可见光吸收范围窄、量子转换效率低、价带位置不合理等问题，导致表面吸附水不能直接氧化形成强氧化性的羟基自由基，使其广泛应用受到一定的限制(Adv.Mater.2021,33,2007479.)。
[0005]构建单原子光催化剂体系是应对此类挑战的最有前景的方法之一(Adv.Mater.2020,2003082.)。单原子形式锚定在g
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C3N4光催化剂中的活性金属，同时具有无毒，稳定性高的优点。据报道，与其他过渡贵金属相比，单钛原子修饰的g
‑
C3N4催化剂具有良好的热力学稳定性，可以有效地积累表面极化电荷(SmallMethods2018,1800368)。因此，迫切需要开发一种简单、安全、绿色、高效的在g
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C3N4中引入单个钛原子，同时具有高活性杀菌效果的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高可见光活性单原子钛负载的石墨相氮化碳及其制备方法，由本专利技术方法所制备的单原子钛负载的石墨相氮化碳在可见
光下具有杀除大肠杆菌十分优异的性能，应用前景广阔。
[0007]为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种高可见光活性单原子钛负载的石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：用N,N
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二甲基甲酰胺超声溶解二羰基双(环戊二烯基)钛，取普通石墨相氮化碳于前述溶液，搅拌后，用N,N
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二甲基甲酰胺和甲醇交叉洗3次以上，所得棕色固体粉末干燥处理，最后所得到的干燥的固体粉末放置于真空管式炉中在H2/Ar混合气中煅烧，煅烧结束后冷却至室温，即得所述高可见光活性单原子钛负载的石墨相氮化碳。
[0009]优选的，所述二羰基双(环戊二烯基)钛与石墨相氮化碳的质量之比为0.01
‑
0.6。
[0010]优选的，所述升温的速率为0.2
‑
5℃min
‑1。
[0011]所述的H2/Ar混合气为5％/95％vol。
[0012]所述的煅烧条件为温度320
‑
380℃，时间3
‑
5h。
[0013]所述方法制备得到的高可见光活性单原子钛负载的石墨相氮化碳。
[0014]另外，本专利技术还要求保护由所述方法制备得到的高可见光活性单原子钛负载的石墨相氮化碳以及该高可见光活性单原子钛负载的石墨相氮化碳在可见光下催化杀除标准大肠杆菌中的应用。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的技术效果为：
[0016](1)该方法制备的单原子钛负载的石墨相氮化碳，可以利用单原子钛调控石墨相氮化碳表面的电子结构和局部化学环境。在石墨相氮化碳表面引入单原子钛可以提高石墨相氮化碳的电子空穴分离效率；同时可以引入杂质能级，进而调控禁带宽度，将吸收光的带边红移，展现出好的可见光吸收性能。单原子的负载也可以调控石墨相氮化碳的导带和价带的位置，进一步促进其产生更多的活性氧自由基。因此，单原子钛负载的石墨相氮化碳表现出优良的光催化杀除大肠杆菌的性能，同时具有良好的循环使用性能，有望为解决细菌耐药性的全球公共卫生问题提供一个新的技术支持。
[0017](2)用该方法制备单原子钛负载的石墨相氮化碳，只需要常规而且较为廉价的试剂与设备，不仅在很大程度上降低了合成催化剂的成本，而且操作相对简单。相对于纯氢气还原方法，我们选择的混合气中氢气的含量在爆炸的安全范围内，实验过程的安全性得到极大的改善。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例1
‑
5、比例1所制备材料的XRD图；
[0019]图2本专利技术实施例1
‑
5、对比例1所制备材料的傅里叶转换红外光谱图；
[0020]图3本专利技术实施例3制备材料的TEM图；
[0021]图4专利技术实施例3制备材料的HAADF
‑
STEM图；
[0022]图5专利技术实施例3制备材料的mapping图；
[0023]图6专利技术实施例1
‑
5、对比例1所制备材料的紫外可见漫反射光谱图；
[0024]图7为本专利技术实施例1
‑
4、对比例1
‑
2所制备材料的固体粉末荧光谱图；
[0025]图8为本专利技术实施例1
‑
4以及对比例2所制备材料的捕获活性氧自由基的电子顺磁共振谱图；
[0026]图9为本专利技术实施例1
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5、对比例1所制备材料的杀除大肠杆菌的活性图；对照组指...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高可见光活性单原子钛负载的石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：用N,N
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二甲基甲酰胺超声溶解二羰基双(环戊二烯基)钛，取普通石墨相氮化碳于前述溶液，搅拌后，用N,N
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二甲基甲酰胺和甲醇交叉洗3次以上，所得棕色固体粉末干燥处理，最后所得到的干燥的固体粉末放置于真空管式炉中在H2/Ar混合气中煅烧，煅烧结束后冷却至室温，即得所述高可见光活性单原子钛负载的石墨相氮化碳。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中二羰基双(环戊二烯基)钛与石墨相氮化碳的质量之比为0.01
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0.6。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李虎，胡钊，蒲龄，张泽会，张玉姣，
申请(专利权)人：贵州省畜牧兽医研究所中南民族大学，
类型：发明
国别省市：