具有高氧化活性碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有高氧化活性碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法，該方法經(jīng)過(guò)制備碳點(diǎn)懸浮液、泡沫鎳圓片超聲波清洗、泡沫鎳圓片在碳點(diǎn)懸浮液中超聲波處理及干燥以及水熱反應(yīng)釜鋼罐密封、保溫及冷卻4個(gè)步驟制得碳點(diǎn)與納米硫化鎳復(fù)合光催化劑。本發(fā)明公開的碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法制備的碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑不僅增加了與反應(yīng)物接觸的表面，而且有利于回收再利用；同時(shí)，其具有強(qiáng)的紫外?可見光吸收能力，展現(xiàn)出了強(qiáng)的光氧化活性。
【專利說(shuō)明】
具有高氧化活性碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于功能材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種具有高氧化活性碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光催化是光催化劑在光的照射下，通過(guò)把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，促進(jìn)化合物的合成或使化合物降解的過(guò)程。隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展成為人們必須考慮的首要問(wèn)題。因而，借助光催化劑把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能以處理環(huán)境污染問(wèn)題成為了節(jié)約能源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要技術(shù)手段。但是，目前市場(chǎng)上以二氧化鈦為主的光催化劑仍存在對(duì)可見光利用率不高、光氧化能力不強(qiáng)、總光化學(xué)反應(yīng)速率慢、負(fù)載活性低等問(wèn)題，所以亟待開發(fā)高效率、可回收再利用的光催化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是解決目前以二氧化鈦為主的光催化劑存在的問(wèn)題，提供一種具有高氧化活性碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005]具有高氧化活性碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法，采用以下步驟:
[0006](I)將對(duì)苯二胺溶于與乙醇，對(duì)苯二胺與乙醇的重量比為1:80，隨后將對(duì)苯二胺與乙醇的混合溶液放入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯中；再將聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯放入鋼罐內(nèi)密封后置入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)加熱到160-1800C，保溫8-12小時(shí)，然后，在空氣中冷卻，制得碳點(diǎn)懸浮液；
[0007](2)取直徑為30mm、厚度為2-3mm、孔徑為0.01-2mm、通孔率彡98%的泡沫鎳圓片，先用丙酮和3mol/L的鹽酸溶液超聲波清洗泡沫鎳圓片10-15分鐘，然后再用乙醇沖洗3-5次；
[0008](3)把泡沫鎳圓片放入內(nèi)徑與其直徑相同的燒杯中，滴加步驟(I)中制得的碳點(diǎn)懸浮液，直至超過(guò)泡沫鎳圓片厚度再采用超聲波超聲處理30-60min，取出泡沫鎳圓片將其放置在60°C的真空干燥箱內(nèi)干燥15-30min;
[0009](4)稱取0.6-0.Sg的硫脲置入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯里，均勻分散在底部;把經(jīng)過(guò)步驟(3)干燥后的泡沫鎳圓片置入同一個(gè)聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯里，然后放入水熱反應(yīng)釜鋼罐內(nèi)抽真空密封，再放入真空干燥箱內(nèi)加熱至130-170°C保溫2-5小時(shí);保溫結(jié)束后冷卻至室溫，即獲得了泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳的復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑。
[0010]本發(fā)明中碳點(diǎn)具有優(yōu)異的光生電荷轉(zhuǎn)移的性質(zhì)。它在電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程中既可以作受體也可以作給體，所以與其它材料雜化或復(fù)合后，它能夠充當(dāng)光生電荷的存儲(chǔ)池，提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的光催化活性。硫化鎳屬于過(guò)渡金屬硫族化物。過(guò)渡金屬硫化物具有特殊的電子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、以及優(yōu)質(zhì)的光學(xué)、電學(xué)及磁學(xué)等性質(zhì)，是一種重要的無(wú)機(jī)功能材料。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案制得碳點(diǎn)與納米硫化鎳復(fù)合光催化劑。該碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑因原位形成在泡沫鎳的孔壁上，不僅增加了與反應(yīng)物接觸的表面，而且有利于回收再利用；同時(shí)，本發(fā)明制得的泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳復(fù)合光催化劑具有強(qiáng)的紫外-可見光吸收能力，展現(xiàn)出了強(qiáng)的光氧化活性。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ]圖1為泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳復(fù)合光催化劑的掃描電鏡照片；
[0012]圖2為碳點(diǎn)與納米硫化鎳復(fù)合結(jié)構(gòu)的高分辨透射電鏡照片；
[0013]圖3為泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳復(fù)合光催化劑的紫外-可見吸收光譜；
[0014]圖4為在可見光照射下，泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳復(fù)合光催化劑的活性羥基測(cè)試結(jié)果；
[0015]圖5在可見光照射下，泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳復(fù)合光催化劑氧化叔丁基對(duì)苯二酚成為叔丁基對(duì)苯醌的測(cè)試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0017]具有高氧化活性碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法，采用以下步驟:
[0018](I)將對(duì)苯二胺溶于與乙醇，對(duì)苯二胺與乙醇的重量比為1:80，隨后將對(duì)苯二胺與乙醇的混合溶液放入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯中；再將聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯放入鋼罐內(nèi)密封后置入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)加熱到160-1800C，保溫8-12小時(shí)，然后，在空氣中冷卻，制得碳點(diǎn)懸浮液；
[0019](2)取直徑為30mm、厚度為2-3mm、孔徑為0.01-2mm、通孔率彡98%的泡沫鎳圓片，先用丙酮和3mol/L的鹽酸溶液超聲波清洗泡沫鎳圓片10-15分鐘，然后再用乙醇沖洗3-5次；
[0020](3)把泡沫鎳圓片放入內(nèi)徑與其直徑相同的燒杯中，滴加步驟(I)中制得的碳點(diǎn)懸浮液，直至超過(guò)泡沫鎳圓片厚度再采用超聲波超聲處理30-60min，取出泡沫鎳圓片將其放置在60°C的真空干燥箱內(nèi)干燥15-30min;
[0021](4)稱取0.6-0.Sg的硫脲置入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯里，均勻分散在底部;把經(jīng)過(guò)步驟(3)干燥后的泡沫鎳圓片置入同一個(gè)聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯里，然后放入水熱反應(yīng)釜鋼罐內(nèi)抽真空密封，再放入真空干燥箱內(nèi)加熱至130-170°C保溫2-5小時(shí);保溫結(jié)束后冷卻至室溫，即獲得了泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳的復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例中具有高氧化活性碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法，采用以下步驟:
[0024](I)將Ig對(duì)苯二胺溶于與80g乙醇中，隨后將對(duì)苯二胺與乙醇的混合溶液放入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯中；再將聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯放入鋼罐內(nèi)密封后置入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)加熱到160°C，保溫8小時(shí)，然后，在空氣中冷卻，制得碳點(diǎn)懸浮液；
[0025](2)取直徑為30mm、厚度為2mm、孔徑為0.01mm、通孔率為99%的泡沫鎳圓片，先用丙酮和3mol/L的鹽酸溶液超聲波清洗泡沫鎳圓片10分鐘，然后再用乙醇沖洗3次；
[0026](3)把泡沫鎳圓片放入內(nèi)徑與其直徑相同的燒杯中，滴加步驟(I)中制得的碳點(diǎn)懸浮液，直至超過(guò)泡沫鎳圓片厚度lmm;再采用超聲波超聲處理30min，取出泡沫鎳圓片將其放置在60°C的真空干燥箱內(nèi)干燥15min;
[0027](4)稱取0.7g的硫脲置入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯里，均勻分散在底部;把經(jīng)過(guò)步驟(3)干燥后的泡沫鎳圓片置入同一個(gè)聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯里，然后放入水熱反應(yīng)釜鋼罐內(nèi)抽真空密封，再放入真空干燥箱內(nèi)加熱至130°C保溫2小時(shí);保溫結(jié)束后冷卻至室溫，即獲得了泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳的復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑。
[0028]對(duì)上述步驟制得的碳點(diǎn)與納米硫化鎳的復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑進(jìn)行測(cè)試表征。
[0029]圖1為泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳復(fù)合光催化劑的掃描電鏡圖片。
[0030]圖2為碳點(diǎn)與納米硫化鎳復(fù)合結(jié)構(gòu)的高分辨透射電鏡照片，照片表明具有不同晶面間距的碳點(diǎn)和硫化鎳納米晶很好地復(fù)合在了一起。
[0031]圖3為泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳復(fù)合光催化劑的紫外-可見吸收光譜，光譜表明樣品可吸收波長(zhǎng)范圍在200-800nm的光。
[0032]根據(jù)現(xiàn)有的光催化機(jī)理可知，光催化劑的氧化活性與其光照下產(chǎn)生的活性羥基數(shù)量直接相關(guān)。因?yàn)榛钚粤u基與對(duì)苯二甲酸反應(yīng)能夠形成二羥基對(duì)苯二甲酸，此產(chǎn)物在315nm波長(zhǎng)激發(fā)下而出現(xiàn)420nm的發(fā)光峰，所以常用測(cè)試420nm處發(fā)光強(qiáng)度(I)的高低反映光催化劑的光氧化能力。
[0033]圖4是在可見光照射下，泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳復(fù)合光催化劑的活性羥基測(cè)試結(jié)果，表明樣品產(chǎn)生的活性羥基數(shù)量隨著光照時(shí)間成線性增加。
[0034]圖5在可見光照射下，泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳復(fù)合光催化劑氧化叔丁基對(duì)苯二酚成為叔丁基對(duì)苯醌的測(cè)試結(jié)果，表明叔丁基對(duì)苯二酚的含量隨著光照時(shí)間的增加而逐漸降低，而叔丁基對(duì)苯醌的含量隨著光照時(shí)間逐漸增加。
[0035]實(shí)施例2
[0036]本實(shí)施例中具有高氧化活性碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法，采用以下步驟:
[0037](I)將2g對(duì)苯二胺溶于與160g乙醇中，隨后將對(duì)苯二胺與乙醇的混合溶液放入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯中；再將聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯放入鋼罐內(nèi)密封后置入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)加熱到180°C，保溫12小時(shí)，然后，在空氣中冷卻，制得碳點(diǎn)懸浮液；
[0038](2)取直徑為30mm、厚度為3mm、孔徑為2mm、通孔率98%的泡沫鎳圓片，先用丙酮和3mol/L的鹽酸溶液超聲波清洗泡沫鎳圓片15分鐘，然后再用乙醇沖洗5次；
[0039](3)把泡沫鎳圓片放入內(nèi)徑與其直徑相同的燒杯中，滴加步驟(I)中制得的碳點(diǎn)懸浮液，直至超過(guò)泡沫鎳圓片厚度2_;再采用超聲波超聲處理60min，取出泡沫鎳圓片將其放置在60°C的真空干燥箱內(nèi)干燥30min;
[0040](4)稱取0.6g的硫脲置入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯里，均勻分散在底部;把經(jīng)過(guò)步驟(3)干燥后的泡沫鎳圓片置入同一個(gè)聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯里，然后放入水熱反應(yīng)釜鋼罐內(nèi)抽真空密封，再放入真空干燥箱內(nèi)加熱至170°C保溫5小時(shí);保溫結(jié)束后冷卻至室溫，即獲得了泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳的復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑。
[0041 ] 實(shí)施例3
[0042]本實(shí)施例中具有高氧化活性碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法，采用以下步驟:
[0043](I)將Ig對(duì)苯二胺溶于與80g乙醇中，隨后將對(duì)苯二胺與乙醇的混合溶液放入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯中；再將聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯放入鋼罐內(nèi)密封后置入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)加熱到170°C，保溫10小時(shí)，然后，在空氣中冷卻，制得碳點(diǎn)懸浮液；
[0044](2)取直徑為30mm、厚度為2mm、孔徑為1mm、通孔率98%的泡沫鎳圓片，先用丙酮和3mol/L的鹽酸溶液超聲波清洗泡沫鎳圓片13分鐘，然后再用乙醇沖洗4次；
[0045](3)把泡沫鎳圓片放入內(nèi)徑與其直徑相同的燒杯中，滴加步驟(I)中制得的碳點(diǎn)懸浮液，直至超過(guò)泡沫鎳圓片厚度Imm;再采用超聲波超聲處理50min，取出泡沫鎳圓片將其放置在60°C的真空干燥箱內(nèi)干燥20min;
[0046](4)稱取0.Sg的硫脲置入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯里，均勻分散在底部;把經(jīng)過(guò)步驟(3)干燥后的泡沫鎳圓片置入同一個(gè)聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯里，然后放入水熱反應(yīng)釜鋼罐內(nèi)抽真空密封，再放入真空干燥箱內(nèi)加熱至150°C保溫4小時(shí);保溫結(jié)束后冷卻至室溫，即獲得了泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳的復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.具有高氧化活性碳點(diǎn)與硫化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:采用以下步驟: (1)將對(duì)苯二胺溶于與乙醇，對(duì)苯二胺與乙醇的重量比為1:80，隨后將對(duì)苯二胺與乙醇的混合溶液放入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯中；再將聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯放入鋼罐內(nèi)密封后置入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)加熱到160-1800C，保溫8-12小時(shí)，然后，在空氣中冷卻，制得碳點(diǎn)懸浮液； (2)取直徑為30mm、厚度為2-3mm、孔徑為0.01-2mm、通孔率彡98%的泡沫鎳圓片，先用丙酮和3mol/L的鹽酸溶液超聲波清洗泡沫鎳圓片10-15分鐘，然后再用乙醇沖洗3-5次； (3)把泡沫鎳圓片放入內(nèi)徑與其直徑相同的燒杯中，滴加步驟(I)中制得的碳點(diǎn)懸浮液，直至超過(guò)泡沫鎳圓片厚度l-2mm;再采用超聲波超聲處理30-60min，取出泡沫鎳圓片將其放置在60°C的真空干燥箱內(nèi)干燥15-30min; (4)稱取0.6-0.Sg的硫脲置入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯里，均勻分散在底部;把經(jīng)過(guò)步驟(3)干燥后的泡沫鎳圓片置入同一個(gè)聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯里，然后放入水熱反應(yīng)釜鋼罐內(nèi)抽真空密封，再放入真空干燥箱內(nèi)加熱至130-170°C保溫2-5小時(shí);保溫結(jié)束后冷卻至室溫，即獲得了泡沫鎳支撐的碳點(diǎn)與納米硫化鎳的復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑。
【文檔編號(hào)】B01J27/043GK105964279SQ201610512021
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月1日
【發(fā)明人】胡勝亮, 韓雪軍, 王延冰, 常青, 薛超瑞, 董英鴿, 楊金龍
【申請(qǐng)人】中北大學(xué)