一種g-C₃N₄/Bi₃TaO₇表面復(fù)合光催化劑的制備方法【專利摘要】本發(fā)明涉及復(fù)合光催化劑，特指一種g?C3N4/Bi3TaO7表面復(fù)合光催化劑的制備方法，分別稱取三聚氰胺和水熱法制備的Bi3TaO7，混合均勻后，置于馬弗爐中550℃煅燒4h、收集樣品，得到g?C3N4/Bi3TaO7表面復(fù)合光催化劑。水熱法制備的Bi3TaO7顆粒的粒徑為20?40nm，這種納米尺寸的Bi3TaO7與三聚氰胺煅燒的過程中，Bi3TaO7能夠很好的復(fù)合到生成的片狀g?C3N4表面，而且在g?C3N4和Bi3TaO7界面上形成化學(xué)作用連接，有效的增強(qiáng)g?C3N4/Bi3TaO7表面復(fù)合光催化劑光催化性能，也提高了復(fù)合光催化劑的穩(wěn)定性。【專利說明】_種g_G3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合光催化劑，特指一種以TaClhBi(NO3)3.5H20和三聚氰胺為原料來制備g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的方法，是一種制備工藝簡單，成本低廉的方法?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]半導(dǎo)體材料因其環(huán)境友好、無毒無害、穩(wěn)定性好的特性在解決能源危機(jī)和環(huán)境問題等方面的潛在應(yīng)用價(jià)值而日益受到人們的關(guān)注;其中T12及Ti系化合物是研究較早的半導(dǎo)體光催化劑，然而，他們的禁帶寬度都較大，只能對紫外光進(jìn)行響應(yīng)，而紫外光只占太陽光的4%-6%，因此，研究可見光響應(yīng)光催化半導(dǎo)體材料意義重大。近年來，一些鉭酸鹽光催化劑(如Bi3TaO7,InTaO4等)因?yàn)樵诳梢姽庀戮哂休^好的光催化活性逐漸成為了人們研究的熱點(diǎn)。Bi3TaO7具有螢石結(jié)構(gòu)以及禁帶寬度在2.74-2.86eV，而且其三維結(jié)構(gòu)可以形成表面缺陷和氧空位，Bi3TaO7在可見光下顯示出較好的光催化活性。然而，其光致電荷的分離效果，限制了Bi3TaO7的進(jìn)一步應(yīng)用。[0003]半導(dǎo)體復(fù)合是提高電荷分離效率和增強(qiáng)光催化活性的有效途徑。g_C3N4因具有類石墨結(jié)構(gòu)以及合適的能帶電位使其成為研究較多的復(fù)合半導(dǎo)體。最近，Liu等人(LiuJ,LiuY,LiuN,etal.Metal-freeefficientphotocatalystforstablevisiblewatersplittingviaatwo-electronpathway[J].Science，2015，347(6225):970-974.)合成碳量子點(diǎn)與氮化碳(C3N4)的復(fù)合材料作為光催化劑;Zhao等人(Zhao，J.;Ji，Z.；Shen,X.;Zhou,H.；Ma,L.,FacilesynthesisofWOsnanorods/g-C3N4Compositeswithenhancedphotocatalyticactivity.Ceram.1nt.2015,41(4),5600-5606.)制備了WO3納米棒與g-C3N4復(fù)合光催化劑；Song等人(Song,C.;Fan,M.；Hu,B.；Chen,T.;Wang,L.；Shi,W.,Synthesisofag-CsNrsensitizedandNaNb03~substratedI1-typeheterojunct1nwithenhancedphotocatalyticdegradat1nactivity.CrystEngComm2015,17(24),4575-4583.)制備了成功制備了NaNbO3和g_C3N4復(fù)合材料，具有較好的活性。[0004]迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)有人制備g-C3N4/Bi3Ta07復(fù)合材料。本發(fā)明采用水熱法和固相法成功制備了g-C3N4/Bi3Ta07復(fù)合材料，所制備的g-C3N4/Bi3Ta07復(fù)合材料在環(huán)境、能源等領(lǐng)域有良好應(yīng)用前景。【
發(fā)明內(nèi)容】[0005]本發(fā)明目的是提供一種使用水熱法合成和固相反應(yīng)法制備g-C3N4/Bi3Ta07表[0006]面復(fù)合光催化劑的方法。[0007]本發(fā)明通過以下步驟實(shí)現(xiàn):[0008]分別稱取三聚氰胺和水熱法制備的的Bi3TaO7，混合均勻后，置于馬弗爐中550°(:煅燒4h、收集樣品，得到g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑。[0009]所述的g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑中g(shù)_C3N4所占的質(zhì)量比為1%-90%。[0010]進(jìn)一步地，所述的g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑中g(shù)_C3N4所占的質(zhì)量比為50%ο[0011]本發(fā)明采用水熱法和固相反應(yīng)法成功制備了g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑，水熱法制備的Bi3TaO7顆粒的粒徑為20-40nm，這種納米尺寸的Bi3TaO7與三聚氰胺煅燒的過程中，Bi3TaO7能夠很好的復(fù)合到生成的片狀g_C3N4表面，而且在g_C3N4和Bi3TaO7界面上形成化學(xué)作用連接，有效的增強(qiáng)g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑光催化性能，也提高了復(fù)合光催化劑的穩(wěn)定性。[0012]所述Bi3TaO7的制備方法如下:[0013](I)將TaCldPBi(NO3)3.5H20分別溶于乙醇溶液中，了&(:15與扮(勵3)3.5H20摩爾比為3:5，分別攪拌均勻后，將TaCldPBi(NO3)3.5H20溶液混合，繼續(xù)攪拌至混合均勻。[0014](2)調(diào)節(jié)TaCldPBi(NO3)3.5H20混合溶液的pH值為10，攪拌后，將以上混合溶液轉(zhuǎn)移至耐高溫反應(yīng)釜，置于220°C烘箱中保持24h，之后冷卻至室溫，洗滌后干燥，得到純相Bi3Ta07o[0015]步驟(I)中，所述的乙醇的加入量以能溶解TaCldPBi(NO3)3.5H20為準(zhǔn);所述分別攪拌的時間均為3Omiη;所述繼續(xù)攪拌的時間也為3Omiη。[0016]步驟(2)中，所述調(diào)節(jié)TaCl^Bi(NO3)3.5Η20混合溶液的pH值指采用7mol.L—1的NaOH溶液進(jìn)行調(diào)節(jié);攪拌時間為30min；所述洗滌指依次用蒸饋水和乙醇洗滌3遍。[0017]利用X-射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、X光電子能譜儀(XPS)等儀器對產(chǎn)物進(jìn)行形貌結(jié)構(gòu)分析，以四環(huán)素溶液為目標(biāo)染料進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)，通過紫外-可見分光光度計(jì)測量吸光度，以評估其光催化活性。【附圖說明】[0018]圖1為所制備的g-C3N4/Bi3Ta07的XRD衍射譜圖，其中g(shù)-C3N4的含量分別為0%、10%、30%、50%、70%、90%和100%(質(zhì)量比)。[00?9]圖2為所制備的不同含量g_C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的場發(fā)射掃描電鏡圖。[0020]圖3為所制備的不同含量g_C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的透射光譜圖。[0021]圖4為所制備的不同含量g_C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的XPS譜圖。[0022]圖5為所制備的不同含量g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑可見光降解四環(huán)素活性圖，其中a為純的g-C3N4，b為純的Bi3Ta07，c中g(shù)_C3N4含量為90%，d中g(shù)_C3N4含量為1%，e中g(shù)-C3N4含量為70%，f*g_C3N4含量為30%，g中g(shù)-C3N4含量為50%。[0023]實(shí)施例1g_C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的制備[0024]稱取Bi3TaO7粉末0.5g，三聚氰胺質(zhì)量分別為0.Hg,0.428g、Ig，2.34g和9g，將兩者混合均勻后置于馬弗爐中550°C煅燒4h，收集得到g-C3N4質(zhì)量比為10%、30%、50%、70%、90%的g_C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑。[0025]實(shí)施例2g_C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的表征[0026]如圖1所示，不同含量的g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的XRD圖譜顯示，當(dāng)g-C3N4的含量低于30%時，未發(fā)現(xiàn)其特征峰；當(dāng)g_C3N4的含量高于30%時，g_C3N4的特征峰逐漸明顯。[0027]如圖2和3所示，g_C3N4含量為50%時的g_C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的中，g_C3N4的為片狀結(jié)構(gòu)，厚度為1nm左右。[0028]如圖4所示，XPS圖中可以看出有C、N、0、Ta、Bi元素的存在。[0029]實(shí)施例3不同含量的g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的可見光催化活性實(shí)驗(yàn)[0030](I)配制濃度為lOyg/L的四環(huán)素溶液，將配好的溶液置于暗處。[0031](2)稱取不同含量的g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑50mg，分別置于光催化反應(yīng)器中，加入10mL步驟(I)所配好的目標(biāo)降解液，磁力攪拌60min待復(fù)合光催化劑分散均勻后，打開水源，光源，進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)。[0032](3)每15min吸取反應(yīng)器中的光催化降解液，離心后用于紫外-可見吸光度的測量。[0033](4)由圖5可見所制備的納米復(fù)合光催化劑具有優(yōu)異的可見光催化活性，尤其是g-C3N4的含量為50%的樣品，與純的Bi3TaO7相比，90min內(nèi)四環(huán)素的降解活性提高了1.8倍?！局鳈?quán)項(xiàng)】1.一種g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:分別稱取三聚氰胺和水熱法制備的Bi3TaO7,混合均勻后，置于馬弗爐中煅燒后收集樣品，得到g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑。2.如權(quán)利要求1所述的一種g_C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的g_C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑中g(shù)_C3N4所占的質(zhì)量比為10%-90%。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的g_C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑中g(shù)_C3N4所占的質(zhì)量比為50%，與純的Bi3TaO7相比，90min內(nèi)四環(huán)素的降解活性提高了1.8倍。4.如權(quán)利要求1所述的一種g_C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:所述煅燒指550°C煅燒4h。5.如權(quán)利要求1所述的一種g_C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:水熱法制備的Bi3TaO7顆粒的粒徑為20-40nm，這種納米尺寸的Bi3TaO7與三聚氰胺煅燒的過程中，Bi3TaO7能夠很好的復(fù)合到生成的片狀g_C3N4表面，而且在g_C3N4和Bi3TaO7界面上形成化學(xué)作用連接，有效的增強(qiáng)g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑光催化性能，也提高了復(fù)合光催化劑的穩(wěn)定性。6.如權(quán)利要求1所述的一種g_C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于所述Bi3TaO7的制備方法如下:(IM^TaCldPBi(NO3)3.5H20分別溶于乙醇溶液中，了&(:15與扮(NO3)3.5H20摩爾比為3:5，分別攪拌均勻后，將TaCldPBi(NO3)3.5H20溶液混合，繼續(xù)攪拌至混合均勻；(2)調(diào)節(jié)TaCldPBi(NO3)3.5H20混合溶液的pH值為10，攪拌后，將以上混合溶液轉(zhuǎn)移至耐高溫反應(yīng)釜，置于220°C烘箱中保持24h，之后冷卻至室溫，洗滌后干燥，得到純相Bi3Ta07。7.如權(quán)利要求6所述的一種g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，所述的乙醇的加入量以能溶解TaCl^Bi(NO3)3.5H20為準(zhǔn);所述分別攪拌的時間均為3Omiη;所述繼續(xù)攪拌的時間也為3Omiη。8.如權(quán)利要求6所述的一種g-C3N4/Bi3Ta07表面復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟⑵中，所述調(diào)節(jié)TaCl^Bi(NO3)3.5H20混合溶液的pH值指采用7mol.L—1的NaOH溶液進(jìn)行調(diào)節(jié);攪拌時間為30min;所述洗滌指依次用蒸餾水和乙醇洗滌3遍?！疚臋n編號】B01J37/10GK105964285SQ201610092051【公開日】2016年9月28日【申請日】2016年2月19日【發(fā)明人】陳敏,羅必富,李娣,徐東波,陳芬,呂濤濤,吳苗苗【申請人】江蘇大學(xué)