一種介孔氮化碳光催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化技術(shù)，涉及采用模板法制備介孔氮化碳，選擇聚醚型聚合物P123和F127，以β-環(huán)糊精為碳源，首先制備介孔碳模板劑，然后與三聚氰胺在氮?dú)鈿夥障赂邷乜s聚后，產(chǎn)物介孔碳/氮化碳復(fù)合物在空氣中煅燒，制備得到的介孔氮化碳光催化劑拓寬了光譜響應(yīng)范圍，具有高效的可見光催化活性。
【背景技術(shù)】
[0002]目前環(huán)境問題和能源危機(jī)日漸突出，半導(dǎo)體光催化技術(shù)由于在環(huán)境修復(fù)和有機(jī)廢水處理中的潛在應(yīng)用而備受關(guān)注。T12是最早被研究的光催化劑，它是一類優(yōu)異的半導(dǎo)體光催化材料，具有強(qiáng)氧化性、毒性較低、經(jīng)濟(jì)廉價等特點(diǎn)。許多研究者發(fā)現(xiàn)T12光催化劑可以生產(chǎn)燃料之外，還有許多其他潛在的用途，例如凈化污水，消除無機(jī)/有機(jī)氣體污染物，合成有機(jī)燃料等等。但T12在太陽能光催化過程中表現(xiàn)不佳.T12的禁帶寬度約為3-3.2eV，導(dǎo)致其只能利用紫外光(約占太陽光能量的5%)。因此為了有效地利用太陽光資源，研究在可見光響應(yīng)下具有光催化活性的催化材料具有重要的實(shí)際意義。
[0003]氮化碳化合物作為一種最古老的聚合物衍生物，在常溫常壓下最穩(wěn)定，具有優(yōu)良的耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，有可能在各種材料科學(xué)應(yīng)用中替代無定型碳和石墨碳材料，可應(yīng)用于高性能的耐磨涂層、催化劑、合成金屬氮化物或碳化物的氮源、膜材料或者儲氣庫等。但氮化碳比表面積小、粒徑大，特定的能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其可見光吸收范圍窄(λ <470nm)，太陽能利用率低，而且激子結(jié)合能高和結(jié)晶度低，使光生電子-空穴對難以分離和光生載流子迀移率小，導(dǎo)致光催化過程量子效率偏低。因此人們將會把更多的精力集中到g-C3N4材料的可控制備上來，采用各種途徑和手段優(yōu)化g-C3N4的化學(xué)組成、調(diào)控其半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)和表面形貌等，按照特定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶-C3N4材料進(jìn)行改性研究，從而進(jìn)一步拓展g-C3N4在能源和環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0004]近年來，關(guān)于介孔氮化碳化合物合成方面研究較多。用S12作為硬模板，可合成出多孔結(jié)構(gòu)的g_C3N4，其光催化苯的傅克?；磻?yīng)、光解水制氫和對醇的選擇性氧化的能力明顯提高。多孔結(jié)構(gòu)使g_C3N4比表面積增加，電子的捕捉位點(diǎn)增多，減緩了電子空穴對的復(fù)合，使其能克服帶隙略微增加帶來的不利影響而提高光催化性能。但多孔g_C3N4合成后，需要去除硬模板，這往往需要使用劇毒的HF或NH4HF2,對人體的傷害較大。本發(fā)明選擇聚醚型聚合物P123和F127，以β-環(huán)糊精為碳源，制備介孔碳，并以介孔碳為模板，高溫聚合三聚氰胺制備介孔氮化碳，比傳統(tǒng)模板法，具有無毒、模板脫出簡單方便且對介孔結(jié)構(gòu)影響較小的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種介孔氮化碳光催化劑及其制備方法，該方法工藝簡單、成本低廉，制備的介孔氮化碳光催化劑光催化降解效果較好。
[0006]本發(fā)明提供一種介孔氮化碳光催化劑的制備，其特征在于:選擇聚醚型聚合物P123和F127，以β-環(huán)糊精為碳源，制備介孔碳模板劑，然后與三聚氰胺在氮?dú)鈿夥障赂邷乜s聚后，將所得的介孔碳/氮化碳復(fù)合物在空氣中煅燒除去介孔碳模板，得到的介孔氮化碳光催化劑比表面積大，且拓寬了光譜響應(yīng)范圍，利于光生電子-空穴的分離，從而介孔氮化碳光催化劑具有高效的可見光催化性能，包括如下步驟:
[0007](I)制備模板介孔碳:用20mL 0.1M的酸溶液溶解聚醚P123和聚醚F127的混合物，再加入2gi3-環(huán)糊精，攪拌I?1.5h，使其充分混合，然后轉(zhuǎn)入50mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中。100?180 °C反應(yīng)30?40h。將所得產(chǎn)物離心分離，產(chǎn)物50?80°C真空干燥后放入管式爐中，通入高純度的惰性氣體，600?800°C煅燒3?5h，得到高比表面積介孔碳；
[0008](2)介孔氮化碳的制備:稱取0.3g步驟(I)制備的模板介孔碳和一定量的三聚氰胺，加入1mL醇溶液超聲分散10?30min，使三聚氰胺充分進(jìn)入介孔碳的孔道中，50?80°C烘干后放入管式爐中，在氮?dú)鈿夥障拢?00?600°C煅燒3?5h。得到的介孔碳和氮化碳復(fù)合物在空氣中500?700°C煅燒2?4h，除去介孔碳，得到高比表面積介孔氮化碳。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有顯著優(yōu)點(diǎn):
[0010](I)本發(fā)明采用模板法，選擇聚醚型聚合物P123和F127，以β-環(huán)糊精為碳源，制備介孔碳模板劑，該模板與三聚氰胺在氮?dú)鈿夥障赂邷乜s聚后，再于空氣中煅燒除去介孔碳，制備得到介孔氮化碳光催化劑，該方法工藝簡單，易操作，所利用的介孔碳模板容易脫除，且對氮化碳的介孔結(jié)構(gòu)影響較小。
[0011](2)本發(fā)明利用模板法，制備得到的介孔氮化碳比表面積增加，電子的捕捉位點(diǎn)增多，減緩了電子/空穴對的復(fù)合，能克服帶隙略微增加帶來的不利影響而提高光催化性能，顯著拓寬了氮化碳光催化劑的光譜響應(yīng)范圍，并且有效增加了光催化劑表面的光生電子和空穴的分離，從而顯著提高介孔氮化碳光催化劑的光催化活性，所制備的介孔氮化碳光催化劑光催化活性較高。
【附圖說明】
[0012]圖1C-C3N4和Hipg-C3N4光催化劑的掃描電子顯微照片；
[0013]圖2C-C3N4和Hipg-C3N4光催化劑的X-射線衍射花樣；
[0014]圖3C-C3N4和Hipg-C3N4光催化劑的N2吸附-脫附等溫線和BJH孔徑分布曲線；
[0015]圖4 g-C3N4、C_C3N4和Hipg-C3N4光催化劑光催化性能測試
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明提供一種介孔氮化碳光催化劑制備，其特征在于:選擇聚醚型聚合物P123和Fl27，以β_環(huán)糊精為碳源，制備介孔碳模板劑，然后與三聚氰胺在氮?dú)鈿夥障赂邷乜s聚后，產(chǎn)物介孔碳/氮化碳復(fù)合物在空氣中煅燒，制備得到的介孔氮化碳光催化劑比表面積大，且拓寬了光譜響應(yīng)范圍，利于光生電子-空穴的分離，從而使介孔氮化碳光催化劑具有可見光催化性能。
[0017]本發(fā)明一種介孔氮化碳光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0018](I)制備模板介孔碳:用20mL 0.1M的酸溶液溶解聚醚P123和聚醚F127的混合物，再加入2g β_環(huán)糊精，攪拌I?1.5h，使其充分混合，然后轉(zhuǎn)入50mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中。100?180 °C反應(yīng)30?40h。將所得產(chǎn)物離心分離，產(chǎn)物50?80°C真空干燥后放入管式爐中，通入高純度的惰性氣體，600?800°C煅燒3?5h，得到高比表面積介孔碳；
[0019](2)介孔氮化碳的制備:稱取0.3g步驟(I)制備的模板介孔碳和一定量的三聚氰胺，加入1mL醇溶液超聲分散10?30min，使三聚氰胺充分進(jìn)入介孔碳的孔道中，50?80°C烘干后放入管式爐中，在氮?dú)鈿夥障拢?00?600°C煅燒3?5h。得到的介孔碳和氮化碳復(fù)合物在空氣中500?700°C煅燒2?4h，除去介孔碳，得到高比表面積介孔氮化碳。
[0020]為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不局限于下面所給出的實(shí)例。
[0021 ]實(shí)施方實(shí)例1:本發(fā)明一種介孔氮化碳光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0022](I)制備模板介孔碳:用20mL 0.1M的HCl溶解聚醚P123和聚醚Fl 27的混合物，再加入2g β_環(huán)糊精，攪拌1.5h，