一种g-C3N4-Zn2SnO4异质结光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种g

【技术实现步骤摘要】
一种g
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C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化氧化
，尤其涉及一种g
‑
C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]抗生素在水环境中的普遍存在，对人体健康和生态环境造成了潜在威胁，根据已有数据，抗生素大约只有10
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20％被生物体代谢，而未被代谢的部分则直接或间接排入水环境中。因此，如何有效去除残留抗生素已成为生命健康和环境保护的研究热点，这使得水体中微量抗生素的去除成为了等待解决的问题，我们需要一个简单高效的方案处理目前环境中所残留的抗生素。与其他高级氧化技术相比，半导体光催化技术是一种快速新兴起来的高级氧化技术，光催化的基本过程主要有光催化剂吸收光子、光子激发产生激子、电荷
‑
空穴的分离、电子空穴的迁移、活性空穴电荷与底物的作用，因此光催化的性能与能带因素、电荷分离因素密切相关。
[0003]在众多半导体材料中，Zn2SnO4(ZTO)是一种重要的宽带隙半导体材料(Eg＝3.6eV)，凭借其具有高的电子迁移率、良好的导电性和低的可见光吸收，被广泛地应用于电池、气敏材料、光催化领域。针对Zn2SnO4材料的半导体性质，由于其带隙较宽，使之只能吸收太阳光中占小部分的紫外光，对可见光的敏感程度较差甚至几乎不吸收可见光，这严重的制约了其在光催化领域中的发展。近几年来，在光催化领域中对Zn2SnO4材料的研究，逐渐趋向于对Zn2SnO4材料的改性研究，即通过对Zn2SnO4复合其他材料来弥补纯Zn2SnO4在光催化领域中的不足。
[0004]非金属石墨型的氮化碳(g
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C3N4)半导体材料，具有密度低、化学性质稳定、生物相容性良好、价格低廉、没有毒性、光学性质佳等特点，并且应用前景广阔，如高性能耐磨涂层、膜材料、催化剂及催化剂载体、金属氮化物的制备等领域，受到人们的高度关注。典型片层状结构的氮化石墨碳在层与层之间利用较弱的范德华力进行连接。石墨相氮化碳(g
‑
C3N4)是一种极具发展前景的二维共轭聚合物，它有宽带隙适中(约2.7eV)，化学性质稳定、无毒、比表面大和光电性质优异等特点，并且它作为对可见光响应的光催化剂，可将太阳能直接转化为氢能。理论上，由于g
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C3N4的导带(CB)为
–
1.1eV，价带(VB)为+1.6eV(相对于标准氢电极)，跨立于光催化分解水产生氢气和氧气的氧化还原电位的两端，满足可见光全解水析氢析氧的要求。然而，纯g
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C3N4的光催化产氢活性并不高。因此，如何提高g
‑
C3N4的光催化活性成为研究热点。
[0005]发展至今，光催化材料的研究范围已不仅仅局限于单组分材料(TiO2、ZnO、g
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C3N4、ZnS等)，还有各种复合材料(TiO2/CuO、BiOI/Ag@AgI、Ag3PO4/g
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C3N4等)都得到了广泛研究。单组分光催化材料不能同时具有更窄的带隙、更负的导带和更正的价带(Yangetal.,2019)。当不同的光催化材料，如p型(h
+
成为主要的载流子)或n型(e
–
是主要载流子)，形成密切的连接之后生成一个质结，由于在各自能带和其他属性的差异在相结的两边可以形成电位差。空间电位差的存在可以将带电粒子从一个材料的能级注入另一个材料的能级，从而
促进e
–
与h
+
的分离以及提高光催化效率(Heremansetal.,2009)。
[0006]因此，异质结多组分材料的合成是提高光催化性能最常用的方法之一(Zhouetal.,2014)，它大大提高了材料的光催化活性。一是拓宽了材料的光响应范围，提高量子效率；二是提高了e
–
和h
+
的分离效率(Yangetal.,2019)。异质结的构建是有效提高光催化活性和改善单一组分光催化材料相关问题的方法之一。目前，g
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C3N4量子点一般与钛酸镍、Bi2O3等金属氧化物进行复合来提高其光催化性能，但还未见g
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C3N4量子点与可以应用于电解水制氢、氧气还原、甲醇氧化的新型高效电催化材料Zn2SnO4进行复合以进一步提高其电催化性能的报道。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的g
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C3N4量子点光催化效率低的问题，本专利技术提供一种g
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C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂及其制备方法和应用，采用水热法制备石墨相氮化碳与锡酸锌纳米复合材料，通过Zn2SnO4和g
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C3N4复合形成异质结，二者复合所得纳米复合材料g
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C3N4‑
Zn2SnO4能够通过光催化有效去除水体中抗生素，在降解污染物方面将具有很好的优势。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种g
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C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂，摩尔比组成为g
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C3N40.02mol；Zn2SnO40.0003mol。
[0009]为实现上述目的，本专利技术还提供了如下技术方案：一种g
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C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂的制备方法，以g
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C3N4和Zn2SnO4为原料，通过水热法制备得到g
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C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂；
[0010]水热反应条件为：温度为150
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250℃，时间为20
‑
24h，压力为0.5
‑
2.0MPa。
[0011]进一步地，包括：将锌源、锡源及g
‑
C3N4溶解于去离子水中，在18
‑
25℃下搅拌4
‑
5h，调节混合液的pH为8
‑
12；然后将混合液转移至反应釜中，在150
‑
250℃下水热反应20
‑
24h，最后经冷却、离心、洗涤和干燥制备得到g
‑
C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂。
[0012]更进一步地，调节pH的方法为：使用pH试纸测量初始溶液的pH；准备一定量的1.0mol/L的氢氧化钠溶液；缓慢加入氢氧化钠溶液到待调节溶液中；每次添加氢氧化钠溶液后，要进行充分的搅拌和pH值测量，直到所需的pH值达到8
‑
9。
[0013]进一步地，锌源、锡源及g
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C3N4的质量比为0.00842:0.1085:1.84。
[0014]进一步地，所述g
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C3N4采用如下方法制备：将三聚氰胺在520℃下煅烧5h，升温速率为5℃/min本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种g
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C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂，其特征在于，所述g
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C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂中g
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C3N4占g
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C3N4与Zn2SnO4混合材料的质量百分比为X，0％＜X≤40％。2.根据权利要求1所述的一种g
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C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，以g
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C3N4和Zn2SnO4为原料，通过水热法制备得到g
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C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂；水热反应条件为：温度为150
‑
250℃，时间为20
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24h，压力为0.5
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2.0MPa。3.根据权利要求2所述的一种g
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C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将锌源、锡源及g
‑
C3N4溶解于去离子水中，在18
‑
25℃下搅拌4
‑
5h，调节混合液的pH为8
‑
12；然后将混合液转移至反应釜中，在150
‑
250℃下水热反应20
‑
24h，最后经冷却、离心、洗涤和干燥制备得到g
‑
C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂。4.根据权利要求2所述的一种g
‑
C3N4‑
Zn2SnO4异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，锌源、锡源及g
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴迪，符策，王俊生，刘剑桥，刘小睿，赵春阳，李昊轩，肖铱，黄智聪，李明阳，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：