[发明专利]改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂及其制备方法，其该光催化剂是以中空管状氮化碳为载体，其上负载有改性碳量子点，中空管状氮化碳是以摩尔比为1～5∶1的尿素和三聚氰胺为原料通过水热和煅烧制备得到。其制备方法包括：将中空管状氮化碳、水、改性碳量子点溶液混合，烘干，得到本发明光催化剂。本发明光催化剂具有比表面积大、孔洞数量多、活性位点多、光生载流子分离和迁移速率快、吸光能力强、光催化活性高、稳定性高和光催化效率等强优点，其制备方法具有合成方便、操作简单、对环境无二次污染等优点。本发明光催化剂能够广泛用于处理环境中的有机污染物和杀死环境中的有害微生物，有着很好的应用价值和应用前景。

技术领域

本发明属于可见光催化领域，涉及一种改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂及其制备方法。

背景技术

石墨型氮化碳(g-C₃N₄)作为一种共轭聚合物半导体，最近引起了相当大的关注，因为它具有良好的物理化学稳定性，具有吸引力的电子结构和适当的带隙，即2.7eV，在催化和能源方面具有良好的应用前景。但它同时还存在比表面积小、激子结合能高、光生电子空穴复合严重等固有问题，导致其光催化效率较低，这严重制约其在能源和环境光催化领域的实际应用和推广。光催化剂的纳米结构与其物理化学性质以及光催化性能存在非常紧密的联系，当半导体材料的尺度缩小到纳米范围时，将呈现出独特的表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应，而这些效应的协同作用将显著提高纳米材料的光催化性能。纳米线、纳米棒等一维纳米材料因其新颖的光学、电学、磁学、力学等性能，在纳米器件及光催化等诸多领域展示出潜在的应用前景。然而，现有不同形貌的氮化碳光催化剂仍然存在比表面积小、活性位点少、光生载流子复合严重、吸光能力差、光催化活性低等缺点。另外，现有氮化碳光催化剂的制备工艺大多数为模板法，它们的合成过程中需要对模板进行去除，这不利于提高制备效率，且导致制备过程复杂、制备成本较高，耗时耗力，同时这些合成工艺需要广泛使用各种有机材料添加剂或高压条件，其中有机添加剂通常很难完全去除，其残留量不仅会影响氮化碳光催化剂的光催化性能，且这些有机添加剂还可能会对环境造成不利影响，这些问题的存在严重限制了氮化碳光催化剂的广泛应用。因此，获得一种比表面积大、孔洞数量多、活性位点多、光生载流子分离和迁移速率快、吸光能力强、光催化活性高的改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂及与之相配套的合成方便、操作简单、对环境无二次污染的改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂的制备方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种比表面积大、孔洞数量多、活性位点多、光生载流子分离和迁移速率快、吸光能力强、光催化活性高的改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂，还提供了一种合成方便、操作简单、对环境无二次污染的改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂，所述改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂是以中空管状氮化碳为载体，所述中空管状氮化碳上负载有改性碳量子点；所述中空管状氮化碳是以尿素和三聚氰胺为原料通过水热和煅烧制备得到；所述尿素和三聚氰胺的摩尔比为1～5∶1。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将中空管状氮化碳悬浮于水中，加入改性碳量子点溶液，烘干，得到改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂。

上述的制备方法，进一步改进的，所述中空管状氮化碳的制备方法包括以下步骤：

S1、将尿素和三聚氰胺溶解于溶剂中，超声，搅拌，得到混合溶液；

S2、将步骤S1中得到的混合溶液进行水热反应，清洗，过滤，干燥，得到前驱体；

S3、将步骤S2中得到的前驱体进行煅烧，研磨，得到中空管状氮化碳。