一種類石墨相的氮化碳/四羧基苯基卟啉納米復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電分析化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種類石墨相的氮化碳/四羧基苯基卟啉納米復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源危機(jī)和環(huán)境惡化已變?yōu)槿蜇酱鉀Q的問題。如何開發(fā)高效、環(huán)保、低成本的能源已變得迫不及待。太陽能作為一種理想、高效、可再生的能源已被更多研究者所關(guān)注，故此科學(xué)家將大量的工作投入到光敏化材料的制備和運(yùn)用當(dāng)中。而大部分光敏化材料是無機(jī)半導(dǎo)體，所以近年來研究者也在尋找新型的聚合物類半導(dǎo)體。聚合物半導(dǎo)體類石墨相氮化碳(g_C3N4)，因其獨(dú)特的半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，作為一種不含金屬組分的可見光光催化劑被引入到光催化領(lǐng)域，用于光解水產(chǎn)氫、產(chǎn)氧，光催化有機(jī)選擇性合成光催化降解有機(jī)污染物等，引起人們的廣泛關(guān)注，主要因?yàn)間_C3N4不僅廉價(jià)穩(wěn)定，滿足人們對(duì)光催化劑的基本要求，而且還具備聚合物半導(dǎo)體的化學(xué)組成和能帶結(jié)構(gòu)易調(diào)控等特點(diǎn)，被認(rèn)為是光催化研究領(lǐng)域，特別是光催化材料研究領(lǐng)域，值得深入探索的一類優(yōu)良的半導(dǎo)體材料。但是由于聚合物的材料特性，將g_C3N4作為光催化劑還存在一些問題，如比表面積小、產(chǎn)生光生載流子的激子結(jié)合能高、光生電子-空穴復(fù)合嚴(yán)重量子效率低和禁帶寬度較大而不能有效利用太陽光等，嚴(yán)重制約了其在能源環(huán)境光催化領(lǐng)域的大規(guī)模推廣應(yīng)用。所以為了進(jìn)一步提高半導(dǎo)體的載流子的分離，目前常見的方法一是負(fù)載貴金屬和準(zhǔn)金屬如:銀、金納米粒子;再者就是和其他半導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合形成半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)，主要的目的是促進(jìn)電子和空穴分離后電子能夠快速的轉(zhuǎn)移以表現(xiàn)出高的催化性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明公開了一種類石墨相的氮化碳/四羧基苯基卟啉納米復(fù)合材料及其制備方法，并且運(yùn)用該材料對(duì)有機(jī)染料進(jìn)行降解。
[0004]本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種類石墨相的氮化碳/四羧基苯基卟啉納米復(fù)合材料的制備方法，是采用固相球磨法得到的。
[0005]作為優(yōu)選，是將四羧基苯基卟啉、類石墨相的氮化碳粉末和球磨珠一起放入球磨罐中，在300?400rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌30?50min得到的。
[0006]作為優(yōu)選，所述四羧基苯基卟啉和類石墨相的氮化碳的質(zhì)量比為:1:20?1:25。
[0007]作為優(yōu)選，所述類石墨相的氮化碳的制備方法為:將三聚氰胺固體在空氣條件下，升溫至550°C，保溫4?4.5個(gè)小時(shí)，降至室溫，得到類石墨相的氮化碳。
[0008]作為優(yōu)選，升溫時(shí)是以4?5°C/分鐘的速度升溫至550°C的。
[0009]作為優(yōu)選，在四羧基苯基卟啉和類石墨相的氮化碳反應(yīng)前，還包括以下步驟:將類石墨相的氮化碳研磨后，加入球磨珠，在球磨罐中攪拌2?3h。
[0010]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供應(yīng)用上述任一所述的方法制備得到的類石墨相的氮化碳/四羧基苯基卟啉納米復(fù)合材料。
[0011]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供類石墨相的氮化碳/四羧基苯基卟啉納米復(fù)合材料在光催化中的應(yīng)用。
[0012]作為優(yōu)選，將類石墨相的氮化碳/四羧基苯基卟啉納米復(fù)合材料涂覆在ITO導(dǎo)電玻璃上，將其放在電解池中，在CHI900和150W的氙燈的條件下進(jìn)行電化學(xué)1-t curve測(cè)試;測(cè)試時(shí)，采用三電極體系，工作電極為銀絲，參比電極為銀氯化銀電極，對(duì)電極為鉑電極，電解質(zhì)為0.3511101/1^123和0.3511101/1^12303，所用的偏壓為0.1￥，光開關(guān)的時(shí)間為10秒。
[0013]本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供類石墨相的氮化碳/四羧基苯基卟啉納米復(fù)合材料在有機(jī)污染物降解和光催化降解染料中的應(yīng)用。
[0014]本發(fā)明采用將類石墨相氮化碳和四羧基苯基卟啉固相混合球磨法的辦法成功的制備了復(fù)合材料，方法簡(jiǎn)單，成本低，易操作，同時(shí)能夠很大程度的節(jié)約反應(yīng)時(shí)間。將四羧基苯基卟啉與類石墨相氮化碳復(fù)合后，由于四羧基苯基卟啉是一種很好的光敏化劑，能夠很好的捕獲光子提尚光能利用率;另外，這兩種材料在能級(jí)結(jié)構(gòu)上也是匹配的，四竣基苯基P卜啉是一種P型有機(jī)半導(dǎo)體，而類石墨相的氮化碳作為一種η型半導(dǎo)體，二者的復(fù)合會(huì)形成異質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)的形成有利于在光激發(fā)下材料里面的電子轉(zhuǎn)移，能夠減少光生電子和空穴的復(fù)合，提高光催化性能。本發(fā)明的納米復(fù)合材料具有較好的光電化學(xué)性質(zhì)、較強(qiáng)的光催化性能，同時(shí)在有機(jī)污染物降解和光催化降解染料方面有著重要的作用。
【附圖說明】
[0015]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為本發(fā)明的g-C3N4、g-C3N4/TCPP納米復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡圖；
圖2為本發(fā)明的g-C3N4、g_C3N4/TCPP納米材料的紅外圖；
圖3為本發(fā)明的g-C3N4、g_C3N4/TCPP納米材料的紫外漫反射圖；
圖4為本發(fā)明的g_C3N4、g_C3N4/TCPP納米材料的i_t curve圖。
[0016]圖5為本發(fā)明的g-C3N4、g_C3N4/TCPP納米材料對(duì)于羅丹明B的降解時(shí)間圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下的實(shí)施例便于更好地理解本發(fā)明，但并不限定本發(fā)明。下述實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的試驗(yàn)材料，如無特殊說明，均為市售。
[0018]本發(fā)明的一種類石墨相的氮化碳/四羧基苯基卟啉納米復(fù)合材料的制備方法為:
(1)稱取5?1g三聚氰胺固體樣品放入到25ml的瓷坩禍中，將坩禍加蓋后放入馬弗爐中，在空氣條件下，以4?5°C/分鐘的速度升溫至550°C，并在550°C下保溫4?4.5個(gè)小時(shí)，之后降至室溫，取出坩禍，得到類石墨相的氮化碳，為淡黃色固體;將其研磨成粉末備用；
(2)將步驟(I)制備的類石墨相的氮化碳粉末加入10?15顆球磨珠在球磨罐中以300?400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌2?3h;
(3)取出氮化碳粉末，清洗球磨罐后，將1mg四羧基苯基卩卜啉、200mg氮化碳粉末和10?15顆球磨珠一起放入球磨罐中，在300?400rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌30?50min，得到的固體即為類石墨相的氮化碳/四羧基苯基卟啉納米復(fù)合材料。
[0019]本發(fā)明中所用的球磨機(jī)可以是任何型號(hào)的球磨機(jī)，只要其能夠滿足本發(fā)明方法的要求即可。
[0020]實(shí)施例1
本發(fā)明的一種類石墨相的氮化碳/四羧基苯基卟啉納米復(fù)合材料的制備方法為:
(1)稱取5g三聚氰胺固體樣品放入到25ml的瓷坩禍中，將坩禍加蓋后放入馬弗爐中，以4°C/分鐘的速度升溫至550°C，并在550°C下保溫4小時(shí)，之后降至室溫，取出坩禍，得到類石墨相的氮化碳，為淡黃色固體;整個(gè)過程坩禍加蓋且不通任何保護(hù)氣體;將其研磨成粉末備用；
(2)稱取步驟(I)制備的類石墨相的氮化碳粉末0.2g，加入10顆球磨珠以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌2.5h;
(3)取出氮化碳粉末，清洗球磨罐后，將1mg四羧基苯基卟啉、200mg氮化碳粉末和10顆球磨珠一起放入球磨罐中，在300rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌40min，得到的固體即為類石墨相的氮化碳/四羧基苯基卟啉納米復(fù)合材料。
[0021]圖1為本發(fā)明的g-C3N4、g_C3N4/TCPP納米復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡圖；其中，圖A為g_C3N4的掃描電子顯微鏡圖，圖B為g-C3N4/TCPP納米復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡圖。由圖1可以看出:A圖中合成的類石墨相氮化碳為片層狀結(jié)構(gòu)，而B圖是復(fù)合材料的電鏡圖，可以看出TCPP成功的復(fù)合在氮化碳上。