本發(fā)明屬于功能材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的制備方法。

背景技術(shù)：

雜化材料是在納米或分子水平上使兩種或更多種成份進(jìn)行復(fù)合的材料，該類材料往往擁有任何其中一種成分材料所不具有的綜合性能，特別是能夠在光學(xué)、光電子學(xué)以及光化學(xué)等方面表現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢。碳點(diǎn)是尺寸僅有幾納米的球形或片狀的零維碳納米材料，除C元素外還含有N、O等元素。它不僅具有傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)多種類似的光學(xué)性能，還具有本身元素?zé)o毒、原料來源豐富、制備工藝簡單等優(yōu)勢。但是，目前已有的研究結(jié)果表明：由于結(jié)構(gòu)缺陷、表面勢限等因素影響了光生電荷的行為，碳點(diǎn)在單獨(dú)作為光催化劑上表現(xiàn)出了非常低的光能轉(zhuǎn)化效率。為了提升光能的利用率，讓碳點(diǎn)與其他材料雜化或復(fù)合成為了改善其原有性能屬性的有效手段。基于熱力學(xué)原理：異相形核比均勻形核所需的吉布斯自由能更低，所以在碳點(diǎn)存在的溶液中創(chuàng)造另一種納米材料異相形成的條件，就可以使其借助碳點(diǎn)的表面形核，產(chǎn)生二者的雜化材料。

硫化亞銅是一種窄帶隙的半導(dǎo)體材料，在光催化、發(fā)光器件、非線性光學(xué)、光敏傳感器等領(lǐng)域均有應(yīng)用，但是它本身作為光催化劑具有活性低、穩(wěn)定性差且易失活等缺點(diǎn)。因此，硫化亞銅納米結(jié)構(gòu)常用于與諸如貴金屬、石墨烯等其它納米材料復(fù)合，得到的復(fù)合材料不僅展現(xiàn)出了更寬的可見光波長吸收范圍，還具有更高的光催化活性。然而，目前仍缺少有效地制備碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決碳點(diǎn)單獨(dú)作為光催化劑存在的光能轉(zhuǎn)化效率的技術(shù)問題，提供一種碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的制備方法，制備出的光催化材料具有優(yōu)異的光還原活性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的制備方法，采用以下步驟：

(1)取體積為m升的N,N-二甲基甲酰胺加入到體積為n升的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，然后在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)加熱至180～200℃，并保溫3～8小時(shí)后冷卻至室溫，獲得碳點(diǎn)懸浮液，其中：m:n＝0.2～0.6；

(2)量取a g步驟(1)得到的碳點(diǎn)懸浮液放入雙口燒瓶中，然后分別加入b g的乙酰丙酮銅和c g的1-十六烷硫醇，得到混合溶液，其中：a:b:c＝(260～350):(5～9):(12～20)；

(3)向步驟(2)得到的混合溶液中通入氮?dú)饣驓鍤?，并在磁性攪拌狀態(tài)下，在80℃保溫30～50min，然后冷卻至室溫后，倒入反應(yīng)釜內(nèi)襯中，且混合溶液占聚四氟乙烯反應(yīng)釜總體積要求為0.2～0.35；

(4)把步驟(3)中裝有混合溶液的反應(yīng)釜內(nèi)襯裝入到鋼罐內(nèi)，抽真空，使鋼罐內(nèi)壓力小于0.1個(gè)大氣壓，再向鋼罐內(nèi)充入氮?dú)饣驓鍤馐逛摴迌?nèi)壓力為1大氣壓；

(5)把經(jīng)過步驟(4)處理的裝有混合溶液的反應(yīng)釜內(nèi)襯放入真空干燥箱內(nèi)，在180～200℃下保溫3～8小時(shí)，然后冷卻至室溫；利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在60～80℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除反應(yīng)液，從而得到碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料。

本發(fā)明制備的碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料具有優(yōu)異的光還原性，能夠用于選擇性還原醌類有機(jī)物到酚、光催化分解水制氫等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的透射電鏡照片。

圖2為碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的高分辨透射電鏡照片。

圖3為碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的光電子能譜。

圖4為碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料作為光催化劑，在可見光照射下叔丁基對苯醌逐漸還原成為叔丁基對苯二酚的紫外-可見光吸收光譜測試結(jié)果。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

一種碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的制備方法，采用以下步驟：

(1)取體積為m升的N,N-二甲基甲酰胺加入到體積為n升的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，然后在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)加熱至180～200℃，并保溫3～8小時(shí)后冷卻至室溫，獲得碳點(diǎn)懸浮液，其中：m:n＝0.2～0.6；

(2)量取a g步驟(1)得到的碳點(diǎn)懸浮液放入雙口燒瓶中，然后分別加入b g的乙酰丙酮銅和c g的1-十六烷硫醇，得到混合溶液，其中：a:b:c＝(260～350):(5～9):(12～20)；

(3)向步驟(2)得到的混合溶液中通入氮?dú)饣驓鍤?，并在磁性攪拌狀態(tài)下，在80℃保溫30～50min，然后冷卻至室溫后，倒入反應(yīng)釜內(nèi)襯中，且混合溶液占聚四氟乙烯反應(yīng)釜總體積要求為0.2～0.35；

(4)把步驟(3)中裝有混合溶液的反應(yīng)釜內(nèi)襯裝入到鋼罐內(nèi)，抽真空，使鋼罐內(nèi)壓力小于0.1個(gè)大氣壓，再向鋼罐內(nèi)充入氮?dú)饣驓鍤馐逛摴迌?nèi)壓力為1大氣壓；

(5)把經(jīng)過步驟(4)處理的裝有混合溶液的反應(yīng)釜內(nèi)襯放入真空干燥箱內(nèi)，在180～200℃下保溫3～8小時(shí)，然后冷卻至室溫；利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在60～80℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除反應(yīng)液，從而得到碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的制備方法，采用以下步驟：

(1)取0.5升的N,N-二甲基甲酰胺加入到體積為2.5升的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，然后在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)加熱至180℃，并保溫3小時(shí)后冷卻至室溫，獲得碳點(diǎn)懸浮液；

(2)量取260g步驟(1)得到的碳點(diǎn)懸浮液放入雙口燒瓶中，然后分別加入5克的乙酰丙酮銅和12g的1-十六烷硫醇，得到混合溶液；

(3)向步驟(2)得到混合溶液中通入氮?dú)饣驓鍤?，并在磁性攪拌狀態(tài)下，在80℃保溫30min，然后冷卻至室溫后，倒入1升反應(yīng)釜內(nèi)襯中，體積占反應(yīng)釜的26％；

(4)把步驟(3)中裝有混合溶液的反應(yīng)釜內(nèi)襯裝入到鋼罐內(nèi)，抽真空，使鋼罐內(nèi)壓力小于0.1個(gè)大氣壓，再向鋼罐內(nèi)充入氮?dú)饣驓鍤馐逛摴迌?nèi)壓力為1大氣壓；

(5)把經(jīng)過步驟(4)處理的裝有混合溶液的反應(yīng)釜內(nèi)襯放入真空干燥箱內(nèi)，在180℃下保溫3小時(shí)，然后冷卻至室溫；利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在60℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除反應(yīng)液，從而得到碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料。

對采用上述步驟獲得的碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料進(jìn)行測試表征，圖1為碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的透射電鏡照片，表明碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化結(jié)構(gòu)成球形；圖2為碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的高分辨透射電鏡照片，表明碳點(diǎn)納米顆粒與硫化亞銅納米顆粒結(jié)合成了一體；圖3為碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的光電子能譜，表明碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的成分中含有元素C、N、O、Cu、S，其中C、N、O元素來源于碳點(diǎn)，而Cu、S原子比為2:1為硫化亞銅；圖4為碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料作為光催化劑，在可見光照射下叔丁基對苯醌逐漸還原成為叔丁基對苯二酚的紫外-可見光吸收光譜測試結(jié)果，表明在可見光照射15分鐘后，叔丁基對苯醌就完全被還原成為了叔丁基對苯二酚。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中，碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的制備方法，采用以下步驟：

(1)取0.4升的N,N-二甲基甲酰胺加入到體積為1升的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，然后在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)加熱至200℃，并保溫8小時(shí)后冷卻至室溫，獲得碳點(diǎn)懸浮液；

(2)量取300g步驟(1)得到的碳點(diǎn)懸浮液放入雙口燒瓶中，然后分別加入7g的乙酰丙酮銅和15g的1-十六烷硫醇，得到混合溶液；

(3)向步驟(2)得到的混合溶液中通入氮?dú)饣驓鍤?，并在磁性攪拌狀態(tài)下，在80℃保溫50min，然后冷卻至室溫后，倒入1升的反應(yīng)釜內(nèi)襯中，體積占反應(yīng)釜的30％；

(4)把步驟(3)中裝有混合溶液的反應(yīng)釜內(nèi)襯裝入到鋼罐內(nèi)，抽真空，使鋼罐內(nèi)壓力小于0.1個(gè)大氣壓，再向鋼罐內(nèi)充入氮?dú)饣驓鍤馐逛摴迌?nèi)壓力為1大氣壓；

把經(jīng)過步驟(4)處理的裝有混合溶液的反應(yīng)釜內(nèi)襯放入真空干燥箱內(nèi)，在200℃下保溫8小時(shí)，然后冷卻至室溫；利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在80℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除反應(yīng)液，從而得到碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中，碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料的制備方法，采用以下步驟：

(1)取0.6升的N,N-二甲基甲酰胺加入到體積為1升的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，然后在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)加熱至190℃，并保溫6小時(shí)后冷卻至室溫，獲得碳點(diǎn)懸浮液；

(2)量取350g步驟(1)得到的碳點(diǎn)懸浮液放入雙口燒瓶中，然后分別加入9克的乙酰丙酮銅和20g的1-十六烷硫醇，得到混合溶液；

(3)向步驟(2)得到的混合溶液中通入氮?dú)饣驓鍤?，并在磁性攪拌狀態(tài)下，在80℃保溫40min，然后冷卻至室溫后，倒入1升的反應(yīng)釜內(nèi)襯中，體積占反應(yīng)釜的35％；

(4)把步驟(3)中裝有混合溶液的反應(yīng)釜內(nèi)襯裝入到鋼罐內(nèi)，抽真空，使鋼罐內(nèi)壓力小于0.1個(gè)大氣壓，再向鋼罐內(nèi)充入氮?dú)饣驓鍤馐逛摴迌?nèi)壓力為1大氣壓；

(5)把經(jīng)過步驟(4)處理的裝有混合溶液的反應(yīng)釜內(nèi)襯放入真空干燥箱內(nèi)，在190℃下保溫6小時(shí)，然后冷卻至室溫；利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在70℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除反應(yīng)液，從而得到碳點(diǎn)與硫化亞銅雜化光催化材料。