專利名稱：一種雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)在光催化劑上的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用作新型高效光催化劑的雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)在催化降解環(huán)境中的有機(jī)污染物和光解水制備氫氣領(lǐng)域中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
能源危機(jī)和環(huán)境惡化是當(dāng)前人類社會(huì)面臨的兩個(gè)重大問題。許多環(huán)境問題都源于能源的生產(chǎn)利用過程，因此開發(fā)和利用清潔無污染的新能源不僅有利于消除能源危機(jī)，而且有利于防止環(huán)境惡化。太陽能與其它能源相比有儲(chǔ)量大，可持續(xù)，清潔無污染等特點(diǎn)，有效地利用太陽能是解決能源問題與環(huán)境問題最完美的方法之一。光催化技術(shù)，作為一種極具前景的利用太陽能的手段，也成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。光催化技術(shù)有著誘人的前景，首先，能利用太陽光可使水分解產(chǎn)生H2從而有效地解決能源危機(jī)。其次，在常溫常壓下，可以將水、空氣中有機(jī)污染物完全氧化成CO2和H2O等無害產(chǎn)物。雖然在過去的幾十年中，眾多科學(xué)家在該領(lǐng)域都做了大量工作，但其大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用尚需時(shí)日，如何設(shè)計(jì)合成高效的光催化劑一直是熱門和前沿課題。碳元素是地球上所有已知生命的基礎(chǔ)。由于其具有多樣的電子軌道特性(sp1、sp2、sp3)，因此形成許多結(jié)構(gòu)和性質(zhì)奇特的物質(zhì)。碳量子點(diǎn)是碳納米材料家族中的新成員，具有發(fā)光可調(diào)、熒光量子效率高、抗光漂白性能好、生物相容性好、無毒性、易于功能化、能夠高產(chǎn)率制備等特性，有望在光電子器件、納米催化劑、生物分析、熒光成像和光熱治療癌癥等技術(shù)領(lǐng)域顯示其廣闊的應(yīng)用前景[Angew.Chem.1nt.Ed, 2010, 49，6726-6244; Chem.Comm.2012,48.3686-3705 ;]。目前，水溶性碳量子點(diǎn)用作光催化劑的研究尚屬起步階段，無雜原子摻雜的碳量子點(diǎn)需要吸附在如氧化鐵、氧化鈦、氧化鋅等載體上才能用作光催化劑[J.Mater.Chem.，2012，22，24230-24253]。因此，尚需開展大量的研究工作以促進(jìn)碳量子點(diǎn)在高效光催化劑中的實(shí)際應(yīng)用，其中包括水溶性碳量子點(diǎn)的宏量制備。最近的研究表明，N、S摻雜的石墨[Angew.Chem.1nt.Ed.2012，46，11496-11500]和富含氮的聚合物g-C3N4 [Nat.Mater, 2009,8, 76-80]均顯示出很強(qiáng)的催化性能。因此，探索開發(fā)基于雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)的宏量制備用作高效光催化劑對(duì)解決能源危機(jī)和環(huán)境污染兩個(gè)重大問題都具有及其重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)作為新型光催化劑在降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)作為新型光催化劑在裂解水制備氫氣中的應(yīng)用。本發(fā)明所述的雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)，其制備方法包括如下步驟:I)向共軛聚合物中加入0.01 1000倍共軛聚合物質(zhì)量、O IM的酸或堿的水溶液，混合均勻，得到反應(yīng)液；2)將反應(yīng)液加熱到100°C 500°C，反應(yīng)I 48小時(shí)；3)反應(yīng)完后自然冷卻，收集反應(yīng)液，分離提純，得到雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)。優(yōu)選地，所述共軛聚合物選自具有以下結(jié)構(gòu)式的共軛聚合物中的一種或多種:
權(quán)利要求
1.一種雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)作為新型光催化劑在降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，包括如下步驟:將濃度為5 1000mg/mL的雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)溶液2mL和有機(jī)污染物按照體積比1:10 50混合均勻，攪拌I 5個(gè)小時(shí)，然后用氙燈光照，波長(zhǎng)為400 800nm照射，能量為300 1500mW/cm2。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的應(yīng)用，其特征在于:所述有機(jī)污染物包括甲醛、甲醛同系物、乙醛、乙醛同系物、苯、苯同系物或殘留在工業(yè)廢水中的有機(jī)染料。
4.根據(jù)權(quán)利3所述的應(yīng)用，其特征在于:所述有機(jī)染料包括羅丹明B、甲基橙或亞甲基藍(lán)等。
5.一種雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)作為新型光催化劑在裂解水制備氫氣中的應(yīng)用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于，包括如下步驟:將雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)10 IOOOmg擴(kuò)散到IOOmL含有10被％犧牲試劑的水中，將混合溶液轉(zhuǎn)移到容器中，通入高純氮?dú)?；然后，用氙燈光照，光的波長(zhǎng)為400 800nm，能量為200 2000mW/cm2，時(shí)間為180分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利6所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的犧牲試劑為三乙醇胺、甲醇、亞硫酸鈉、硫化鈉、碘化鉀、乙二胺四乙酸鈉、乳酸、硝酸銀等。
全文摘要
本發(fā)明描述了雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)作為新型高效光催化劑的用途。所述的各種雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)含有N、S、Si、Se、P、As、Ge、Gd、B、Sb、Te等雜原子中的一種或幾種，其吸收光譜波長(zhǎng)在300～850nm的范圍內(nèi)。研究中發(fā)現(xiàn)這些雜原子摻雜的水溶性碳量子點(diǎn)在太陽光的照射下不僅能夠高效的催化降解環(huán)境中的有機(jī)污染物,而且還能夠高效的光解水制備氫氣,在環(huán)境和能源領(lǐng)域巨大的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B01J21/18GK103143377SQ20131005361
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月19日
發(fā)明者葛介超, 汪鵬飛, 藍(lán)敏煥, 劉衛(wèi)敏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所