[发明专利]一种氮化碳/卤化氧铋光电复合材料的制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及光电化学材料的制备及其用途，属于光电材料领域，以及光电化学检测领域，具体为一种氮化碳/卤化氧铋光电复合材料的制备方法及其用途。

背景技术

光电化学(PEC)检测，作为一种便携式的检测分析方法，引起了全球的关注。与传统的电化学方法和光学法相比，PEC技术汇集了上述两种方法的优点，从而提高了灵敏度和信噪比。从本质上讲，PEC分析方法的原理是半导体作为活性物种，在激发光的照射下，光生电子与空穴发生分离，然后活性物种捕获了电子或者空穴，与目标检测物发生氧化还原反应，从而形成光电压或者光电流。此外，PEC分析方法由于激发光源与检测信号的分离，并大大降低背景噪声，比传统电化学分析方法具有更高的灵敏度。与传统的光学方法相比，PEC分析方法具有仪器成本较为便宜、小型化等优点。

近年来，卤化氧铋(BiOX,X＝Cl、Br、I)由于其独特的层状结构，具有独特的光学和电学性质，因而在光催化降解污染物和太阳能电池方面有较为广泛的应用。然而卤化氧铋也暴露出一些缺陷，如电荷载流子快速重组，低效率的光吸收和电荷转移速度慢。因此，很有必要提出改进的方法来优化卤化氧铋，提高光生电子-空穴对的分离效率，进一步拓宽其光电化学的实际应用。氮化碳(记为g-CN)是禁带宽度为2.7eV半导体材料，它不仅在可见光区具有光催化能力，同时具有廉价、低毒、易于合成等特点，成为研究人员关注的热点。g-CN被认为是软聚合物之王，可以包覆在半导体的表面，有助于提高光生载流子转移速率。目前，有文献报道g-CN与一些半导体复合，如g-C₃N₄/BiOI(J.Di,J.X.Xia,S.Yin,H.Xu,L.Xu,Y.G.Xu,M.Q.He,H.M.Li,J.Mater.Chem.A,2014,2,5340-5351)，g-C₃N₄/BiPO₄(C.S.Pan,J.Xu,Y.J.Wang,D.Li and Y.F.Zhu,Adv.Funct.Mater.,2012,22,1518)等。此外根据能带计算，g-CN的能级与卤化氧铋能级相互交错，使得光生电子和空穴能更好的分离。目前为止，利用微波辅助法合成氮化碳/卤化氧铋(g-CN/BiOX,X＝Cl、Br、I)，并探讨其光电性能尚未有报道。

发明内容

本发明旨在提出一种利用微波辅助法制备g-CN/BiOX的合成方法，并将其作为光电传感器来检测无色污染物。对比于卤化氧铋，g-CN的引入，加速复合材料的电荷转移，促进了光生电子-空穴对的有效分离，并获得了更优异的光电性能。

本发明采用的技术方案为：

一种氮化碳/卤化氧铋光电复合材料的制备方法，步骤如下：

步骤1、氮化碳的制备：将三聚氰胺、2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪和乙腈置于聚四氟乙烯内衬高压釜中，搅拌使固体溶解；将聚四氟乙烯内衬高压釜转移至烘箱中进行恒温热反应；反应完毕后，离心分离固体产物，并用水和乙醇洗涤产物，干燥，得到氮化碳，记为g-CN，为砖黄色固体粉末；

步骤2、氮化碳/卤化氧铋光电复合材料的制备：将五水合硝酸铋溶解在盛有乙二醇的微波反应管中，再向所述微波反应管中加入卤代咪唑离子液体，最后向所述微波反应管中加入步骤1制备的氮化碳，得到最终的混合液；将所述混合液置于微波反应器中进行微波反应；反应完毕后，自然冷却至室温；将得到的固体产物离心分离，并用水合乙醇洗涤，干燥，得到氮化碳/卤化氧铋光电复合材料，记为g-CN/BiOX，其中X为卤素。

制备卤化氧铋材料的步骤与步骤2中相同，其区别在于不加入氮化碳。

步骤1中，所述三聚氰胺和2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪在乙腈中的浓度比为1:1；所述恒温热反应的温度为140～160℃，反应时间为48h。

步骤2中，所使用的五水合硝酸铋、乙二醇、卤代咪唑离子液体、氮化碳的用量比为1mmol:20mL:1mmol:3.91～39.1mg；所述的微波反应的温度为140～160℃，反应时间为15min。

步骤2中，所述卤素为Cl、Br、I中的一种。

步骤2中，所述的卤代咪唑离子液体为氯代1-辛基-3-甲基咪唑，溴代1-辛基-3-甲基咪唑，和碘代1-丁基-3-甲基咪唑。

所制备的氮化碳/卤化氧铋光电复合材料用于制备修饰电极，通过光电化学检测双酚A、对氯苯酚、环丙沙星或苯酚。

所述的修饰电极的制备方法为：