本發(fā)明涉及的是一種硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合光催化劑的制備方法，該催化劑是一種硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合物，可作為一種環(huán)境功能材料應(yīng)用于光催化環(huán)境治理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

從上世紀(jì)七十年代起至今，隨著經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的能源短缺以及新能源的開發(fā)問題一直受到學(xué)界和社會廣泛關(guān)注。光催化技術(shù)以其綠色可持續(xù)性，在環(huán)境污染治理等方面引起了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注；但是許多光催化材料的禁帶寬度大、紫外光區(qū)響應(yīng)已經(jīng)大大阻礙了其發(fā)展，無法達到大規(guī)模應(yīng)用的目的，因此開發(fā)新型高效可見光響應(yīng)的光催化劑具有重大的現(xiàn)實意義。

氮化碳自2009年被發(fā)現(xiàn)并命名以來，具有較好的可見光響應(yīng)帶隙，在光照條件下可被激發(fā)，產(chǎn)生光生電子和空穴，少層氮化碳與硫化鉛量子點材料之間的接觸有助于光生電子與空穴的分離，進而有助于光催化性能的提升。

石墨型氮化碳作為一種新型的半導(dǎo)體光催化材料，由于其適合的禁帶寬度，僅為2.70ev，而且具有非金屬性、無毒性、具備可見光吸收能力、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，被認(rèn)為是一種熱門的可見光催化劑。然而，氮化碳單體的光催化性能還不能達到要求，這歸因于它較高的光生載流子復(fù)合率。而將氮化碳剝離成單層或少層材料能降低其光生電子與空穴的復(fù)合速率，進而提高其可見光光催化活性。而將氮化碳與其他窄禁帶半導(dǎo)體復(fù)合，能夠增加活性位點或者增強協(xié)同效應(yīng)，從而顯著提高氮化碳的光吸收范圍和光催化活性。硫化鉛，一種窄禁帶半導(dǎo)體，已被報導(dǎo)擁有杰出的光催化應(yīng)用。將氮化碳與硫化鉛量子點復(fù)合從而構(gòu)建有大的比表面積和高的載流子分離效率的硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合光催化材料是一種合適的提高氮化碳和硫化鉛可見光光催化活性的有效途徑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種提高光催化活性和比表面積的可見光響應(yīng)型硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合光催化劑及其制備方法；本發(fā)明利用少層氮化碳作為可見光響應(yīng)的載體材料，將其與硫化鉛量子點復(fù)合，提高光生電子-空穴對的分離效率，從而提高復(fù)合光催化劑的活性。

一種硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合光催化劑，所述復(fù)合光催化劑由硫化鉛量子點和少層氮化碳復(fù)合而成，所述硫化鉛量子點的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％～3％，其余為少層氮化碳；以少層氮化碳作為可見光改性的載體，將其與硫化鉛量子點復(fù)合從而構(gòu)建有大的比表面積和高的載流子分離效率的硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合光催化材料；光催化性能研究結(jié)果表明，在可見光照射120min之后，該復(fù)合光催化劑對濃度為10mgl^-1的羅丹明b溶液的降解效率達到了90％。與少層氮化碳相比，硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合催化劑呈現(xiàn)了更高的光催化活性。

一種硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合光催化劑的制備方法，步驟如下：

步驟1、將二氰二胺置于管式爐中，在惰性氣體氣氛下，對二氰二胺進行煅燒，得到塊狀石墨型氮化碳；

步驟2、將塊狀石墨型氮化碳和氯化銨分散于去離子水中，得到混合液a；

步驟3、將混合液a裝入反應(yīng)釜中進行水熱反應(yīng)，反應(yīng)完畢后，將固體產(chǎn)物離心洗滌后真空干燥得到少層氮化碳；

步驟4、將硫化鉛量子點和少層氮化碳加入到甲苯溶劑中攪拌、超聲使分散均勻，得到混合液b；

步驟5、將混合液b在室溫下攪拌，通過離心洗滌干燥得到硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合光催化劑。

步驟1中，所述惰性氣體為氮氣；所述煅燒為：以3.5℃min^-1速率升溫到600℃，并在600℃保持120min。

步驟2中，所述石墨型氮化碳和氯化銨的質(zhì)量比為1:3。

步驟3中，所述水熱反應(yīng)的溫度為180℃，反應(yīng)時間為12h。

步驟4中，硫化鉛量子點與石墨型氮化碳的質(zhì)量比為0.5：100～3：100。

步驟5中，所述在室溫下攪拌的時間為72h，所述洗滌所用液體為去離子水和乙醇，所述離心速率為6000rmin^-1。

本發(fā)明與現(xiàn)代技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：

(1)以少層氮化碳為支撐材料，比塊狀石墨型氮化碳擁有更大的比表面積，降低了硫化鉛量子點的團聚程度，提供了更多的吸附位點與活性位點，從而提高了光生電子和空穴的有效分離，進而提高了光催化劑的活性；

(2)相比較于石墨烯而言(禁帶寬度為0ev)，少層氮化碳具有較好的可見光響應(yīng)帶隙，其禁帶寬度為2.85ev，在光照條件下可被激發(fā)，產(chǎn)生光生電子和空穴。少層氮化碳與硫化鉛量子點材料之間的接觸，更加有利于光生電子與空穴的分離，有助于光催化性能的提升；

(3)此制備方法為攪拌法復(fù)合，操作簡單、試劑便宜，可用于大量制備。

附圖說明

圖1為實施例1所制得硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合光催化劑的x射線衍射圖；

圖2為實施例1所制得硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合光催化劑的吸收光譜圖；

圖3為實施例2所制得硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合光催化劑降解污染物的活性圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。

實施例1：本發(fā)明為一種可見光響應(yīng)型硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將3g二氰二胺置于管式爐中，在氮氣氣氛下，以3.5℃min^-1速率升溫到600℃，并保持120min，得到塊狀石墨型氮化碳；

(2)將0.05g塊狀石墨型氮化碳和0.15g氯化銨置于燒杯中，加入去離子水超聲，使其均勻分散；

(3)將混合液裝入反應(yīng)釜中，于180℃溫度下反應(yīng)12h后自然冷卻，將混合溶液離心后真空干燥得到少層氮化碳；

(4)將一定質(zhì)量的硫化鉛量子點和0.10g少層氮化碳加入到3ml甲苯中并在室溫下攪拌、超聲，使其均勻分散，硫化鉛量子點與石墨型氮化碳的質(zhì)量比為0.5：100～3：100；

(5)將(4)中的反應(yīng)體系在室溫下攪拌72h；

(6)通過離心洗滌干燥得到分別制得硫化鉛量子點/少層氮化碳(0.5wt％)、硫化鉛量子點/少層氮化碳(1wt％)、硫化鉛量子點/少層氮化碳(3wt％)、硫化鉛量子點/少層氮化碳(5wt％)這些不同質(zhì)量比例的復(fù)合催化劑。

實施例2：本發(fā)明的硫化鉛量子點/少層氮化碳光催化劑降解羅丹明b的應(yīng)用，具體包括以下步驟：

(1)稱取0.05g上述光催化材料置于100ml光反應(yīng)瓶中，并加入50mlrhb水溶液(10mgl^-1)，將光反應(yīng)瓶置于光反應(yīng)儀中；

(2)向光反應(yīng)瓶中通入空氣，在黑暗條件下磁力攪拌30min使反應(yīng)體系達到吸附-脫附平衡；

(3)打開光源(300w的氙燈λ>400nm)，每隔30min抽取4ml樣品并離心；

(4)取(3)中上清液于比色皿中使用液體紫外可見分光光度計(uv-2450)在波長553nm下測量，記錄數(shù)據(jù)。

圖1為顯示了該實施例單體氮化碳和不同含量的硫化鉛量子點所制備的復(fù)合光催化劑的x射線衍射圖譜(xrd)。如圖所示，硫化鉛量子點/少層氮化碳(0.5wt％)、硫化鉛量子點/少層氮化碳(1wt％)、硫化鉛量子點/少層氮化碳(3wt％)、硫化鉛量子點/少層氮化碳(5wt％)的樣品在2θ＝27.4°，29.8°，43.1°，50.8°，70.5°，78.9°處的衍射峰對應(yīng)于(002)，(110)，(200)，(220)，(311)，(420)，(422)晶面。其中(002)晶面對應(yīng)于少層氮化碳層間芳香結(jié)構(gòu)堆疊形成的特征衍射峰。(110)，(200)，(220)，(311)，(420)，(422)晶面是硫化鉛量子點的特征衍射峰。由于硫化鉛量子點/少層氮化碳(0.5wt％)、硫化鉛量子點/少層氮化碳(1wt％)中硫化鉛量子點的含量較低的原因，這些復(fù)合物只能看到氮化碳的衍射峰，而難以找出硫化鉛量子點的特征衍射峰。通過對比圖中復(fù)合光催化劑硫化鉛量子點/少層氮化碳的衍射峰可以發(fā)現(xiàn)，沒有其他的衍射峰出現(xiàn)。這一結(jié)果表明氮化碳的引入并未引起硫化鉛晶型結(jié)構(gòu)的變化，即在合成過程中所要的目標(biāo)物外，沒有新的物質(zhì)生成；

圖2給出了所制得光催化劑的紫外-可見漫反射光譜(drs)，由圖少層氮化碳的吸收邊緣在460nm處。由于材料的drs光譜與多種因素有關(guān)，如催化劑的分子結(jié)構(gòu)、顏色、顆粒大小、干燥程度等，一般受顏色干擾特別明顯，因此黑色硫化鉛量子點的吸光能力比淺黃色氮化碳更強。同時隨著硫化鉛量子點含量的增加硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合物的吸光強度依次增強。表明硫化鉛量子點的引入可增加復(fù)合材料的吸光性能。

圖3為可見光下少層氮化碳和硫化鉛量子點/少層氮化碳催化劑在可見光照射下對羅丹明b降解的活性圖。從圖中可以看出，可見光照射120min之后，少層氮化碳和0.5wt％、1wt％、1wt％物理共混、3wt％的硫化鉛量子點/少層氮化碳催化劑對羅丹明b的光催化降解效率分別為30％、74％、89％、42％、83％。與單體少層氮化碳相比，硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合催化劑呈現(xiàn)了更高的光催化活性。隨著硫化鉛量子點含量的增加，硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合物光催化活性先增加后減少，當(dāng)硫化鉛量子點的含量為1wt％時，硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合物的光催化活性最好，降解效率約為單體少層氮化碳的3倍。1wt％硫化鉛量子點/少層氮化碳光催化活性比同比例的物理共混好，說明硫化鉛量子點與少層氮化碳有相互作用。硫化鉛量子點含量對光催化活性的影響如下：當(dāng)硫化鉛量子點含量過高時，會發(fā)生團聚且覆蓋活性位點，阻礙電子的傳遞；當(dāng)硫化鉛量子點含量過低時，硫化鉛量子點與少層氮化碳接觸面較小，不利于電子和空穴的分離。因此，只有當(dāng)硫化鉛量子點含量適中才能使硫化鉛量子點/少層氮化碳復(fù)合光催化劑的降解效率達到最高。由此可見，該實施例所合成的復(fù)合光催化劑顯著的提升了單體少層氮化碳的光催化性能。