復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明是關(guān)于半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，旨在提供InVO4/g-C3N4復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明包括如下步驟：將H2SO4水溶液逐滴加入三聚氰胺水溶液中形成白色懸浮液；80℃下攪拌2h后獲得沉淀，過濾，并用蒸餾水和無水乙醇洗滌，干燥處理后獲得三聚氰胺硫酸鹽；獲得g-C3N4顆粒；將g-C3N4顆粒分散到無水乙醇中得到分散體系，將偏釩酸銨水溶液逐滴加入該混合溶液中形成黃色澄清溶液；攪拌獲得沉淀，過濾、洗滌，加入表面活性劑并進(jìn)行水熱反應(yīng)；所得沉淀過濾，獲得InVO4/g-C3N4復(fù)合材料。本發(fā)明的有益效果是：解決了InVO4納米晶的形核、生長問題，促使InVO4納米晶在疏松g-C3N4顆粒表面原位生長。
【專利說明】lnV04/g-C3N4復(fù)合材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是關(guān)于半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，特別涉及InV04/g-C3N 4復(fù)合材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 類石墨狀氮化碳（g_C3N4)因其良好的化學(xué)穩(wěn)定性、合適的能帶位置以及經(jīng)濟(jì)環(huán)保 等特性，在太陽能利用、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，已引起廣泛關(guān)注。但純相 g_C3N4能隙約為2. 7eV，只能利用460nm以下的太陽光，且聚合產(chǎn)物為密實(shí)塊體顆粒，存在比 表面積低、光生載流子分離能力較弱、光催化活性差等問題，限制了該材料的廣泛應(yīng)用。目 前，已有研究采用元素?fù)诫s、多孔和納米結(jié)構(gòu)構(gòu)造、半導(dǎo)體異質(zhì)復(fù)合等方法改善g_C3N4基復(fù) 合材料的結(jié)構(gòu)形貌特性，從而提高其光催化性能。其中，利用半導(dǎo)體異質(zhì)復(fù)合是一種切實(shí)可 行地設(shè)計(jì)高量子效率g_C3N4基復(fù)合光催化材料的重要方法。InVO4是一種重要的窄帶隙半 導(dǎo)體，禁帶寬度約為2. OeV，可以有效利用太陽光，但是納米InVO4晶粒的量子效率仍然較 低，同樣阻礙了它的實(shí)際應(yīng)用。g-C3N4和InVO4的能帶位置較為匹配，可以通過構(gòu)造 InVO4/ g_C3N4復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)光生電子-空穴對分離，提高復(fù)合材料量子效率。目前，相關(guān)研 究仍未見報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種InV04/g-C 3N4復(fù)合 材料的制備方法。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：
[0005] 提供一種InV04/g-C3N4復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟A :在攪拌條件下，將H2SO4水溶液逐滴加入三聚氰胺水溶液中形成白色懸浮 液；80°C下攪拌2h后獲得沉淀；將沉淀過濾，并用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌三次，在60°C 干燥處理24h后獲得三聚氰胺硫酸鹽；將三聚氰胺硫酸鹽放入剛玉舟中，隨后放置在管式 爐中進(jìn)行燒結(jié)；冷卻至室溫后，將獲得的黃色聚合產(chǎn)物研磨至粉狀顆粒，獲得g_C3N4顆粒；
[0007] 其中，H2SO4水溶液的摩爾濃度為0? 02mol/L?2mol/L，三聚氰胺水溶液的摩爾濃 度為0.02mol/L?2mol/L，控制反應(yīng)物的量使H2SO4與三聚氰胺的摩爾比為5 : 1?1 : 2; 管式爐中燒結(jié)的保護(hù)氣氛為惰性氣體；燒結(jié)機(jī)制為先快速升溫至380°C，然后緩慢升溫至 450°C?550°C，并保溫2h-6h，其中快速升溫段升溫速率為10°C /min，緩慢升溫段升溫速率 為 2。。/min ;
[0008] 步驟B :將g-C3N4顆粒分散到無水乙醇中得到分散體系，超聲處理15min后，在 50r/min的轉(zhuǎn)速下向分散體系中逐滴加入三氯化銦（InCl3)水溶液，繼續(xù)攪拌18h后，得到 混合溶液；將偏釩酸銨（NH4VO3)水溶液逐滴加入該混合溶液中形成黃色澄清溶液；采用氨 水調(diào)節(jié)溶液體系PH值至4,攪拌4h后獲得沉淀；將沉淀過濾、洗滌3次，加入表面活性劑并 轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜進(jìn)行水熱反應(yīng)；水熱反應(yīng)后所得沉淀過濾，并用蒸餾水和無水乙醇分別 洗滌三次，60°C干燥處理12h后，從而獲得InV04/g-C3N4復(fù)合材料；
[0009] 其中，g_C3N4顆粒在分散體系中的固含量為0. 5%?2%，三氯化銦（InCl3)水溶 液的摩爾濃度為〇? 〇5mol/L?0? 2mol/L，偏釩酸銨（NH4VO3)水溶液的摩爾濃度為0? 05mol/ L?0. 2mol/L ;控制反應(yīng)物的量使In與g-C3N4的摩爾比為I : 1?1 : 10,釩（V)與銦 (In)的摩爾比為4 : 1?I : 1 ;表面活性劑加入量為沉淀物重量的0? Iwt%?0? 5wt% ; 水熱反應(yīng)溫度為150°C?200°C，水熱反應(yīng)時間為6h?20h。
[0010] 本發(fā)明中，所述步驟A中黃色聚合產(chǎn)物的研磨工藝為球磨工藝，該工藝條件為：球 料比30 : 1，球磨速率200轉(zhuǎn)/min，球磨時間4h。
[0011] 本發(fā)明中，所述步驟B中的表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇、聚乙 烯吡咯烷酮中的至少一種。
[0012] 本發(fā)明中，所述步驟A中的惰性氣體為氬氣。
[0013] 本發(fā)明的工作原理：本發(fā)明通過硫酸對三聚氰胺的質(zhì)子化，降低了三聚氰胺聚 合能，使三聚氰胺能在更低溫度下發(fā)生聚合反應(yīng)，成功制備出表面Zeta電位為負(fù)的疏松 g-C3N4塊體顆粒；然后利用靜電作用力，使In3+正離子均勻吸附于g-C 3N4表面，形成InVO4形 核位點(diǎn)，最后利用Ostwald熟化原理，促使InVO4在水熱條件下原位形核生長成具有光催化 活性的納米晶，制備出所需的InV04/g-C3N4復(fù)合材料。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0015] 1、解決了 InVO4納米晶的形核、生長問題，促使InVO4納米晶在疏松g-C3N 4顆粒表 面原位生長，避免了傳統(tǒng)方法納米晶在溶液中的均相析出；
[0016] 2、同時解決了催化材料光響應(yīng)特性差和量子效率低的問題，通過將具有良好可見 光響應(yīng)特性的InVO4納米晶均勻負(fù)載于g_C3N4表面，同時獲得良好的可見光響應(yīng)能力和高 量子效率，有利于最大程度地提高材料高催化活性。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0018] InV04/g-C3N4復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0019] 步驟A :在攪拌條件下，將H2SO4水溶液逐滴加入三聚氰胺水溶液中形成白色懸浮 液；80°C下攪拌2h后獲得沉淀；將沉淀過濾，并用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌三次，在60°C 干燥24h后獲得三聚氰胺硫酸鹽；將三聚氰胺硫酸鹽放入剛玉舟中，隨后放置在管式爐中 進(jìn)行燒結(jié)，待冷卻至室溫后，將獲得的黃色聚合產(chǎn)物研磨至粉狀顆粒，獲得g_C3N4顆粒；
[0020] 其中，H2SO4水溶液的摩爾濃度為0? 02mol/L?2mol/L，三聚氰胺水溶液的摩爾濃 度為0.02mol/L?2mol/L，控制反應(yīng)物的量使H2SO4與三聚氰胺的摩爾比為5 : 1?1 : 2; 管式爐中燒結(jié)的保護(hù)氣氛為氬氣等惰性氣體，燒結(jié)機(jī)制為先快速升溫至380°C，后緩慢升溫 至450°C?550°C，并保溫2h-6h，其中快速升溫段升溫速率為I (TC /min，緩慢升溫段升溫速 率為 2°C /min。
[0021] 步驟B:將g-C3N4顆粒分散到無水乙醇中得到分散體系，超聲處理15min后，在 50r/min的轉(zhuǎn)速下向分散體系中逐滴加入InCl3水溶液，繼續(xù)攪拌18h后，得到混合溶液；將 NH4VOjK溶液逐滴加入該混合溶液中形成黃色澄清溶液；采用氨水調(diào)節(jié)溶液體系pH值至4， 攪拌4h后獲得沉淀；將沉淀過濾、洗滌3次，加入一定量表面活性劑并轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜進(jìn) 行水熱反應(yīng)；水熱反應(yīng)后所得沉淀過濾，并用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌三次，60°C干燥處 理12h，從而獲得InV04/g-C3N4復(fù)合材料；
[0022] 其中，g_C3N4顆粒在分散體系中的固含量為0. 5%?2%，InCl3水溶液的摩爾濃度 為0? 05mol/L?0? 2mol/L，NH4VO3水溶液的摩爾濃度為0? 05mol/L?0? 2mol/L ;控制反應(yīng) 物的量使In與g_C3N4的摩爾比為I : 1?I : 10，V與In的摩爾比為4 : 1?I : 1;表 面活性劑加入量為沉淀物重量的0.1?〖％?0.5被％;水熱反應(yīng)溫度為1501：?2001：，水熱 反應(yīng)時間為6h?20h。
[0023] 下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方 式限制本發(fā)明。分別通過8個實(shí)施例成功制得InV04/g-C3N4復(fù)合材料的制備方法，各實(shí)施 例中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表1。
[0024] 表1實(shí)施例數(shù)據(jù)表
[0025]

【權(quán)利要求】
1. InV04/g-C3N4復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟A :在攪拌條件下，將H2SO4水溶液逐滴加入三聚氰胺水溶液中形成白色懸浮液； 80°C下攪拌2h后獲得沉淀；將沉淀過濾，并用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌三次，在60°C干 燥處理24h后獲得三聚氰胺硫酸鹽；將三聚氰胺硫酸鹽放入剛玉舟中，隨后放置在管式爐 中進(jìn)行燒結(jié)；冷卻至室溫后，將獲得的黃色聚合產(chǎn)物研磨至粉狀顆粒，獲得g_C 3N4顆粒； 其中，H2SO4水溶液的摩爾濃度為0. 02mol/L?2mol/L，三聚氰胺水溶液的摩爾濃度 為0? 02mol/L?2mol/L，控制反應(yīng)物的量使H2SO4與三聚氰胺的摩爾比為5 : 1?1 : 2 ; 管式爐中燒結(jié)的保護(hù)氣氛為惰性氣體；燒結(jié)機(jī)制為先快速升溫至380°C，然后緩慢升溫至 450°C?550°C，并保溫2h-6h，其中快速升溫段升溫速率為10°C /min，緩慢升溫段升溫速率 為 2。。/min ; 步驟B :將g-C3N4顆粒分散到無水乙醇中得到分散體系，超聲處理15min后，在50r/min 的轉(zhuǎn)速下向分散體系中逐滴加入InCl3水溶液，繼續(xù)攪拌18h后，得到混合溶液；將NH4VO 3 水溶液逐滴加入該混合溶液中形成黃色澄清溶液；采用氨水調(diào)節(jié)溶液體系pH值至4,攪 拌4h后獲得沉淀；將沉淀過濾、洗滌3次，加入表面活性劑并轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜進(jìn)行水熱 反應(yīng)；水熱反應(yīng)后所得沉淀過濾，并用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌三次，60°C干燥處理12h 后，從而獲得InV0 4/g_C3N4復(fù)合材料； 其中，g-C3N4顆粒在分散體系中的固含量為0.5%?2%，InCl 3水溶液的摩爾濃度為 0? 05mol/L?0? 2mol/L，NH4VO3水溶液的摩爾濃度為0? 05mol/L?0? 2mol/L ;控制反應(yīng)物 的量使In與g_C3N4的摩爾比為1 : 1?1 : 10，V與In的摩爾比為4 : 1?1 : 1;表面 活性劑加入量為沉淀物重量的0.1?〖％?0.5被％;水熱反應(yīng)溫度為1501：?2001：，水熱反 應(yīng)時間為6h?20h。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟A中黃色聚合產(chǎn)物的研磨工 藝為球磨工藝，該工藝條件為：球料比30 : 1，球磨速率200轉(zhuǎn)/min，球磨時間4h。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟B中的表面活性劑為十六烷 基三甲基溴化銨、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟A中的惰性氣體為氬氣。
【文檔編號】C01G31/00GK104307550SQ201410470013
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】楊輝, 沈建超, 申乾宏, 馮宇, 蔡奇風(fēng) 申請人:浙江大學(xué)