[发明专利]一种光催化剂、制备方法及其使用方法

说明书

本发明公开一种光催化剂、制备方法及其使用方法，所述光催化剂是硅烷化碳量子点与中空二氧化钛共价连接成的复合光子晶粒，且最佳使用浓度为0.3‑0.5g/L。其制备方法如下：S1：以柠檬酸为碳源，以3‑氨丙基三乙氧基硅烷为偶联剂，制备硅烷化碳量子点溶液；S2：180‑220℃碳化葡萄糖溶液，制备纳米碳球；S3：以纳米碳球为内核模板，以钛酸四丁酯为原料，制备中空TiO₂；S4：碳量子点与中空TiO₂共价结合，制得CQDs/TiO₂纳米复合物光催化剂。本发明采用硅烷化碳量子点对中空TiO₂进行表面修饰，窄化其禁带宽度，降低电子‑空穴的复合速率，延长TiO₂的光谱响应范围，使太阳光利用率从6％提高至35％，增强光催化活性。

技术领域

本发明属于功能纳米材料制备技术和光催化技术领域，具体涉及一种光催化剂、制备方法及其使用方法。

背景技术

光催化剂亦称光触媒，是一类在光子激发下能进行催化作用的化学物质的总称，能将有机污染物和其他有毒物质降解为H₂O和CO₂，具有全面、安全、高效、持久等优点。在非均相光催化方面，二氧化钛(TiO₂)已被证实是当今最具前景的半导体催化剂，其化学稳定性优良、催化活性高、安全无毒、生物相容性良好、成本低廉。然而，由于TiO₂中存在宽带隙和快速复合光生电子-空穴，严重影响其对可见光利用效率及光催化活性，是纯TiO₂作为光催化剂的一个重要缺陷。

目前，改性纳米TiO₂的制备方法主要有固相法、气相法和液相法，其中，固相法又可细分为复合半导体法、扩散火焰法等，气相法又可细分为表面沉积贵金属法、气相氧化法等，液相法又可细分为溶胶凝胶法、化学沉淀法、水热合成法、离子液体化学合成法、四氯化碳水解法等，但是上述方法制出的TiO₂纯度和光谱吸收效率仍达不到理想值，限制TiO₂的实际应用。相比于传统的窄带隙纳米材料，碳量子点(CQDs)是一种具有荧光性质的新型含氧碳质纳米材料，其化学稳定性高、毒性低、生物相容性优良，且易于功能化。采用具有转换荧光功能的碳量子点制备量子点敏化TiO₂，可有效地延长TiO₂的光谱响应范围，进而提高其对可见光的吸收效率和光催化活性。

申请号为CN201710829833.2的专利，公开一种CQDs/TiO₂太阳光光催化剂的制备方法，采用玉米秸秆活性炭作为碳源，制备碳量子点溶液，与TiO₂混合后，即得CQDs/TiO₂复合催化剂，工艺简单、原料来源广，并一定程度上改善了TiO₂光催化活性，但是CQDs溶液与TiO₂仅是简单混合，未发生化学交联作用，所得复合催化剂的稳定性差，且实心TiO₂材料较之中空TiO₂材料，比表面积更低，影响其对污染物的吸附能力和光降解效率。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种光催化剂及制备方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种光催化剂，所述光催化剂是硅烷化碳量子点与中空二氧化钛共价连接成的复合光子晶粒。

优选的是，所述光催化剂的平均粒径为800-850nm。

本发明还提供上述一种光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：将10mL3-氨丙基三乙氧基硅烷加热至190-210℃后，加入0.5g的柠檬酸，搅拌反应1-3min，冷却至室温，再滴加15mL无水乙醇溶液进行稀释，超声处理5min后，得碳量子点溶液；