[发明专利]一种硫化铅量子点/少层氮化碳复合光催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种硫化铅量子点/少层氮化碳复合光催化剂的制备方法，该催化剂是一种硫化铅量子点/少层氮化碳复合物，可作为一种环境功能材料应用于光催化环境治理领域。

背景技术

从上世纪七十年代起至今，随着经济社会的迅速发展，传统的能源短缺以及新能源的开发问题一直受到学界和社会广泛关注。光催化技术以其绿色可持续性，在环境污染治理等方面引起了科学家们的广泛关注；但是许多光催化材料的禁带宽度大、紫外光区响应已经大大阻碍了其发展，无法达到大规模应用的目的，因此开发新型高效可见光响应的光催化剂具有重大的现实意义。

氮化碳自2009年被发现并命名以来，具有较好的可见光响应带隙，在光照条件下可被激发，产生光生电子和空穴，少层氮化碳与硫化铅量子点材料之间的接触有助于光生电子与空穴的分离，进而有助于光催化性能的提升。

石墨型氮化碳作为一种新型的半导体光催化材料，由于其适合的禁带宽度，仅为2.70eV，而且具有非金属性、无毒性、具备可见光吸收能力、物理化学性质稳定，被认为是一种热门的可见光催化剂。然而，氮化碳单体的光催化性能还不能达到要求，这归因于它较高的光生载流子复合率。而将氮化碳剥离成单层或少层材料能降低其光生电子与空穴的复合速率，进而提高其可见光光催化活性。而将氮化碳与其他窄禁带半导体复合，能够增加活性位点或者增强协同效应，从而显著提高氮化碳的光吸收范围和光催化活性。硫化铅，一种窄禁带半导体，已被报导拥有杰出的光催化应用。将氮化碳与硫化铅量子点复合从而构建有大的比表面积和高的载流子分离效率的硫化铅量子点/少层氮化碳复合光催化材料是一种合适的提高氮化碳和硫化铅可见光光催化活性的有效途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高光催化活性和比表面积的可见光响应型硫化铅量子点/少层氮化碳复合光催化剂及其制备方法；本发明利用少层氮化碳作为可见光响应的载体材料，将其与硫化铅量子点复合，提高光生电子-空穴对的分离效率，从而提高复合光催化剂的活性。

一种硫化铅量子点/少层氮化碳复合光催化剂，所述复合光催化剂由硫化铅量子点和少层氮化碳复合而成，所述硫化铅量子点的质量分数为0.5％～3％，其余为少层氮化碳；以少层氮化碳作为可见光改性的载体，将其与硫化铅量子点复合从而构建有大的比表面积和高的载流子分离效率的硫化铅量子点/少层氮化碳复合光催化材料；光催化性能研究结果表明，在可见光照射120min之后，该复合光催化剂对浓度为10mg L^-1的罗丹明B溶液的降解效率达到了90％。与少层氮化碳相比，硫化铅量子点/少层氮化碳复合催化剂呈现了更高的光催化活性。

一种硫化铅量子点/少层氮化碳复合光催化剂的制备方法，步骤如下：

步骤1、将二氰二胺置于管式炉中，在惰性气体气氛下，对二氰二胺进行煅烧，得到块状石墨型氮化碳；

步骤2、将块状石墨型氮化碳和氯化铵分散于去离子水中，得到混合液A；

步骤3、将混合液A装入反应釜中进行水热反应，反应完毕后，将固体产物离心洗涤后真空干燥得到少层氮化碳；

步骤4、将硫化铅量子点和少层氮化碳加入到甲苯溶剂中搅拌、超声使分散均匀，得到混合液B；

步骤5、将混合液B在室温下搅拌，通过离心洗涤干燥得到硫化铅量子点/少层氮化碳复合光催化剂。

步骤1中，所述惰性气体为氮气；所述煅烧为：以3.5℃min^-1速率升温到600℃，并在600℃保持120min。

步骤2中，所述石墨型氮化碳和氯化铵的质量比为1:3。

步骤3中，所述水热反应的温度为180℃，反应时间为12h。

步骤4中，硫化铅量子点与石墨型氮化碳的质量比为0.5：100～3：100。

步骤5中，所述在室温下搅拌的时间为72h，所述洗涤所用液体为去离子水和乙醇，所述离心速率为6000r min^-1。

本发明与现代技术相比，其显著优点在于：

(1)以少层氮化碳为支撑材料，比块状石墨型氮化碳拥有更大的比表面积，降低了硫化铅量子点的团聚程度，提供了更多的吸附位点与活性位点，从而提高了光生电子和空穴的有效分离，进而提高了光催化剂的活性；