[发明专利]一种碳量子点嫁接于羟基磷灰石的光催化材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种碳量子点嫁接于羟基磷灰石的光催化材料制备方法。

背景技术

碳量子点（CQDs）是继石墨烯等之后的又一种新型碳纳米材料。不同于传统半导体量子点，碳量子点的光物理化学性能依赖其于结构缺陷、尺寸和表面态等。因此，为了获得特定功能的碳量子点，通过制备N等不同基团修饰的碳量子点，来实现表面态调节光生电荷的行为，是当下的研究热点。同时，碳量子点易受外来原子等影响的独特性质，也为其与别的纳米结构复合得到新型复合体系创造了便利。

目前，国内外研究主要集中在将碳量子点与半导体材料TiO₂、ZnO、CuO等复合，以期解决TiO₂等存在的可见光利用率低、光催化效率不高等问题。但是在这些复合体系中，碳量子点并没有发挥主导作用。因此，考虑到碳量子点无毒、制备方法简单、成本低，且具有广泛的光吸收和较高的能量转化能力，开发碳量子点新型复合材料及推进它的应用一直是科研工作者的目标。但是，由于碳量子点易受环境影响，所以碳量子点与分散的纳米结构复合/嫁接仍存在很大挑战。

羟基磷灰石（简称HA）是一种绿色、低成本的无机矿物材料。该材料带隙较宽（～5eV），在紫外辐照下方具有光催化能力。但是：1）HA具有类似“离子交换柱的”结构通道；2）表面酸碱可调，可满足不同催化反应需要；3）表面丰富的羟基有利于引入官能团对其表面进行功能化修饰；4）具有离子交换性和优良的热稳定性。此外，羟基磷灰石还表现出可储存光生电子的性能（J Am Ceram Soc, 2006, 89: 944.）。这些特点使其作为光催化材料的载体非常有益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对碳量子点和羟基磷灰石各自独特的优势，如何提供一种新的低成本、绿色的碳量子点嫁接于羟基磷灰石的光催化材料制备方法。

本发明所采用的是技术方案是：一种碳量子点嫁接于羟基磷灰石的光催化材料制备方法，将羟基磷灰石（HA）粉体分散到氮基团修饰的碳量子点（N-CQDs）溶液，搅拌均匀后，加热保温，冷却至室温后，离心、去离子水和无水乙醇洗涤，干燥得到碳量子点嫁接于羟基磷灰石的光催化材料，所述的干燥是在50℃到100℃温度下干燥12小时。

作为一种优选方式：将羟基磷灰石粉体分散到氮基团修饰的碳量子点溶液，是将A克质量的羟基磷灰石粉体分散到B毫升氮基团修饰的碳量子点溶液，A:B为3:50-3:200，A为正实数，B为正实数。

作为一种优选方式：加热保温是指加热到100℃-180℃保温4h（小时）。

作为一种优选方式：所用的羟基磷灰石粉体是以钙（Ca）和磷（P）原子数比为1.67的比例配制CaCl₂和Na₂HPO₄·12H₂O水溶液，在碱性条件下通过水热合成法获得。

作为一种优选方式：所述的氮基团修饰的碳量子点溶液的制备方法是将乙二醇放入水热反应釜中，加热到200℃保温5h，得到碳量子点溶液，在装有碳量子点溶液的水热反应釜中加入碳量子点溶液体积5.36%的氨水，混合均匀后，加热到200℃，保温5h，室温冷却，得到氮基团修饰的碳量子点溶液，所使用的氨水为市场上直接购买的未经稀释的氨水(质量百分率为25%)。

光催化性能测试：称取40mg碳量子点嫁接于羟基磷灰石的光催化材料，分散在40ml浓度为20mg/L的亚甲基蓝（MB）溶液中。黑暗条件搅拌1h使亚甲基蓝溶液在复合粉体表面达到吸附-解析平衡。然后用300W氙灯（滤波片滤除波长λ<420 nm）可见光照射，每隔5min取4ml样品离心分离得到上清液，用UV-2550紫外-可见分光光度计测定其在最大吸收波长664nm处的吸光度，分析光降解效率。

本发明的有益效果是：本法采用羟基磷灰石作为碳量子点载体，羟基磷灰石表面富含的羟基与碳量子点表面的氨基团可形成稳定的化学键合，无须再加入其他试剂让二者形成稳定结合。制备羟基磷灰石所用原料钙源、磷源，及碳量子点所用的有机碳源来源丰富，嫁接过程也不涉及复杂的化学反应，使本发明易组织生产，成本较低。碳量子点非常细小（小于10nm），极易发生团聚，单独使用或存在于悬浮体系中的碳量子点还难于回收。将碳量子点嫁接在羟基磷灰石载体上，可有效克服碳量子点易团聚问题，并可实现粉体的循环再利用。

附图说明

图1是羟基磷灰石（HA）粉体的透射电镜图；