一種Sn@C@g?C₃N₄納米復(fù)合物及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Sn@C@g?C3N4納米復(fù)合物及其制備方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。該納米復(fù)合物材料微觀結(jié)構(gòu)為Sn@C核殼結(jié)構(gòu)納米膠囊嵌入g?C3N4納米片中，該納米膠囊的粒徑為5～100nm。本發(fā)明采用等離子電弧放電法，將錫粉和三聚氰胺粉按一定原子百分比壓制成塊體作為陽(yáng)極靶材材料，采用石墨作為陰極材料，引用氬氣和甲烷作為工作氣體，陰極石墨電極與陽(yáng)極靶材錫?三聚氰胺粉末塊體之間保持一定距離，陽(yáng)極與陰極之間起電弧放電，即得Sn@C@g?C3N4納米復(fù)合物。該納米復(fù)合物可見光催化活性高且制備過(guò)程簡(jiǎn)單、無(wú)后處理工序、成本低、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種Sn@C@g-C3N4納米復(fù)合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[000? ]本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Sn@C@g_C3N4納米復(fù)合物及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重影響人類的生存和發(fā)展。光催化技術(shù)能吸收太陽(yáng)能降解和礦化環(huán)境中的污染物，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為可儲(chǔ)存的氫能，因此在解決能源和環(huán)境問(wèn)題方面有著重要的應(yīng)用前景。光催化技術(shù)的核心是高效光催化材料的設(shè)計(jì)與合成。g-C3N4是一類似石墨結(jié)構(gòu)的新型半導(dǎo)體，具有合適的半導(dǎo)體寬度(約2.7 e V )、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐酸堿、無(wú)毒且生物兼容性好、成本低及易于化學(xué)改性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被用于光催化合成反應(yīng)、光催化降價(jià)污染物、光解水產(chǎn)氫和產(chǎn)氧以及氧化還原反應(yīng)中。g_C3N4光生電子-空穴對(duì)分離效率低，從而導(dǎo)致光催化性能較低。異質(zhì)結(jié)構(gòu)有利于電子和空穴對(duì)的分離，從而提高量子效率。納米金屬粒子穩(wěn)定性差、易團(tuán)聚等缺陷限制其廣泛應(yīng)用，然而與g-C3N4復(fù)合后，其較好的導(dǎo)電性能促進(jìn)了電子轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)了 g_C3N4光催化活性。如:專利20120387276.0公開了一種Au/g-C3N4復(fù)合型微納米材料的制備方法。其采用的是將g-C3N4粉末加入氯金酸溶液中制成懸濁液，然后加熱，添加檸檬酸鈉，攪拌干燥，即得到Au/g-C3N4復(fù)合型微納米材料。專利201310606627.7公開了金屬/類石墨氮化碳復(fù)合物催化劑及其制備方法。其方法是將類石墨氮化碳制成溶液，在攪拌條件下加入硝酸銀，開啟光源，進(jìn)行光還原，得到最終產(chǎn)物。專利201310220362.7公開了載Co介孔石墨相氮化碳可見光催化劑的制備方法和應(yīng)用。該材料是先將單氰胺通過(guò)高溫焙燒，得到介孔石墨相氮化碳，然后將鈷的前驅(qū)體溶液浸入，并于馬弗爐內(nèi)進(jìn)行二次高溫焙燒，制得負(fù)載型催化劑Co/g-C3N4。經(jīng)檢索，SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物未見報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物及其制備方法。
[0004]本發(fā)明提供了一種SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物，該納米復(fù)合物微觀結(jié)構(gòu)為SnOC核殼結(jié)構(gòu)納米膠囊嵌入g-C3N4納米片中，該納米膠囊的粒徑為5?lOOnm。
[0005]本發(fā)明還提供了上述SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物的制備方法，該材料是利用等離子體電弧放電技術(shù)，在工作氣體下原位制備得到;其中:
[0006]采用石墨電極為陰極，錫-三聚氰胺粉末塊體為陽(yáng)極靶材，陰極與陽(yáng)極靶材之間保持2?30mm的距離;電弧放電的電壓為10?40V;工作氣體為氬氣和甲燒氣體。
[0007]所述陽(yáng)極靶材為錫-三聚氰胺粉末塊體，將錫粉和三聚氰胺粉在壓強(qiáng)IMPa?IGpa下壓制成塊體作為等離子電弧爐的陽(yáng)極靶材材料，所述陽(yáng)極靶材材料中錫所占的質(zhì)量百分比為70?90%。
[0008]所述工作氣體氬氣的分壓為0.01?0.5MPa，甲烷氣體的分壓為0.01?0.3MPa。
[0009]相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于
[0010]I)本發(fā)明首次制備出了 SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物；
[0011]2)本發(fā)明制備過(guò)程條件簡(jiǎn)單，易于控制，一次性生成產(chǎn)物，為SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物的實(shí)際應(yīng)用提供了條件；
[0012]3)本發(fā)明所制備SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物，由于SnOC的存在能較好地增加導(dǎo)電性能，促進(jìn)了電子轉(zhuǎn)移，使SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物具有良好的光催化活性，對(duì)于有機(jī)污染物降解提供了有效的解決方法。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明制備SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物的裝置示意圖；
[0014]圖中標(biāo)號(hào):1、上蓋;2、陰極;3、閥；4、陽(yáng)極靶材;5、觀察窗;6、擋板;7、銅陽(yáng)極;8、夾頭;9、石墨i甘禍;10、直流脈動(dòng)電源;a、冷卻水;b、氣氣;c、甲燒氣。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物的X-射線衍射(XRD)圖譜；
[0016]根據(jù)JCPDSPDF卡片，可以檢索出納米復(fù)合物主相為Sn晶相構(gòu)成。2Θ = 27.5°和13°處的兩個(gè)峰為g_C3N4( JCPDS卡，N0.87-1562)的特征峰，由于C處于外殼，所以XRD無(wú)法檢測(cè)出邙目。
[0017]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物的透射電子顯微鏡(TEM)圖像；
[0018]從圖中可以看出SnOC納米膠囊分布在g-C3N4納米片中，其納米膠囊的粒徑為5?10nm0
[0019]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備的SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物的高分辨透射電子顯微鏡圖像；
[°02°]從圖中可以看出所得Sn@C@g-C3N4納米復(fù)合物為SnOC核殼結(jié)構(gòu)納米膠囊嵌入g-C3N4納米片中。
[0021 ]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1制備的SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物和g_C3N4對(duì)甲基橙的降解性能比較圖(用量0.03g/25ml甲基橙溶液)；
[0022]從圖中可以看到所得SnOCOg-C3N4納米復(fù)合物的光催化性能相對(duì)g_C3N4有明顯的提尚O
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例。
[0024]實(shí)施例1
[0025]將圖1所示的裝置上蓋I打開，用石墨作陰極2固定在夾頭8上，所消耗陽(yáng)極靶材4的成分為純錫粉與三聚氰胺粉(質(zhì)量比90:10)壓成的塊體，放在通冷卻水的銅陽(yáng)極7上，在銅陽(yáng)極7和陽(yáng)極靶材4之間是石墨坩禍9。陰極2與陽(yáng)極靶材4之間保持30mm的距離。蓋上裝置上蓋I，通冷卻水a(chǎn)，通過(guò)閥3把整個(gè)工作室抽真空后，通入氬氣b和甲烷氣C，氬氣的分壓為0.5MPa，甲烷氣的分壓為0.3MPa，接通直流脈動(dòng)電源10，電壓為40V，弧光放電過(guò)程中調(diào)節(jié)工作電流與電壓保持相對(duì)穩(wěn)定，制得Sn@C@g-C3N4納米復(fù)合物。該納米復(fù)合物微觀結(jié)構(gòu)為SnOC核殼結(jié)構(gòu)納米膠囊嵌入g-C3N4納米片，其中:SnOC納米膠囊的粒徑為5?lOOnm，如圖3、圖4所示。測(cè)試該納米復(fù)合物對(duì)甲基橙的光催化性能，如圖5所示，發(fā)現(xiàn)其光催化性能相對(duì)g-C3N4有明顯的提尚。
[0026]實(shí)施例2
[0027]將圖1所示的裝置上蓋I打開，用石墨作陰極2固定在夾頭8上，所消耗陽(yáng)極靶材4的成分為純錫粉與三聚氰胺粉(質(zhì)量比70:30)壓成的塊體，放在通冷卻水的銅陽(yáng)極7上，在銅陽(yáng)極7和陽(yáng)極靶材4之間是石墨坩禍9。陰極2與陽(yáng)極靶材4之間保持30mm的距離。蓋上裝置上蓋I，通冷卻水a(chǎn)，通過(guò)閥3把整個(gè)工作室抽真空后，通入氬氣b和甲烷氣C，氬氣的分壓為0.5MPa，甲烷氣的分壓為0.3MPa，接通直流脈動(dòng)電源10，電壓為1V，弧光放電過(guò)程中調(diào)節(jié)工作電流與電壓保持相對(duì)穩(wěn)定，制得Sn@C@g-C3N4納米復(fù)合物。該納米復(fù)合物微觀結(jié)構(gòu)為SnOC核殼結(jié)構(gòu)納米膠囊嵌入g-C3N4納米片，其中:SnOC納米膠囊的粒徑為5?lOOnm。
[0028]實(shí)施例3
[0029]將圖1所示的裝置上蓋I打開，用石墨作陰極2固定在夾頭8上，所消耗陽(yáng)極靶材4的成分為純錫粉與三聚氰胺粉(質(zhì)量比90:10)壓成的塊體，放在通冷卻水的銅陽(yáng)極7上，在銅陽(yáng)極7和陽(yáng)極靶材4之間是石墨坩禍9。陰極2與陽(yáng)極靶材4之間保持30mm的距離。蓋上裝置上蓋I，通冷卻水a(chǎn)，通過(guò)閥3把整個(gè)工作室抽真空后，通入氬氣b和甲烷氣C，氬氣的分壓為
0.5MPa，甲烷氣的分壓為0.3MPa，接通直流脈動(dòng)電源10，電壓為20V，弧光放電過(guò)程中調(diào)節(jié)工作電流與電壓保持相對(duì)穩(wěn)定，制得Sn@C@g-C3N4納米復(fù)合物。該納米復(fù)合物微觀結(jié)構(gòu)為SnOC核殼結(jié)構(gòu)納米膠囊嵌入g-C3N4納米片，其中:SnOC納米膠囊的粒徑為5?lOOnm。
[0030]實(shí)施例4
[0031]將圖1所示的裝置上蓋I打開，用石墨作陰極2固定在夾頭8上，所消耗陽(yáng)極靶材4的成分為純錫粉與三聚氰胺粉(質(zhì)量比80:20)壓成的塊體，放在通冷卻水的銅陽(yáng)極7上，在銅陽(yáng)極7和陽(yáng)極靶材4之間是石墨坩禍9。陰極2與陽(yáng)極靶材4之間保持30mm的距離。蓋上裝置上蓋I，通冷卻水a(chǎn)，通過(guò)閥3把整個(gè)工作室抽真空后，通入氬氣b和甲烷氣C，氬氣的分壓為
0.2MPa，甲烷氣的分壓為0.2MPa，接通直流脈動(dòng)電源10，電壓為30V，弧光放電過(guò)程中調(diào)節(jié)工作電流與電壓保持相對(duì)穩(wěn)定，制得Sn@C@g-C3N4納米復(fù)合物。該納米復(fù)合物微觀結(jié)構(gòu)為SnOC核殼結(jié)構(gòu)納米膠囊嵌入g-C3N4納米片，其中:SnOC納米膠囊的粒徑為5?lOOnm。
[0032]實(shí)施例5
[0033]將圖1所示的裝置上蓋I打開，用石墨作陰極2固定在夾頭8上，所消耗陽(yáng)極靶材4的成分為純錫粉與三聚氰胺粉(質(zhì)量比80:20)壓成的塊體，放在通冷卻水的銅陽(yáng)極7上，在銅陽(yáng)極7和陽(yáng)極靶材4之間是石墨坩禍9。陰極2與陽(yáng)極靶材4之間保持30mm的距離。蓋上裝置上蓋I，通冷卻水a(chǎn)，通過(guò)閥3把整個(gè)工作室抽真空后，通入氬氣b和甲烷氣C，氬氣的分壓為0.0 IMPa，甲烷氣的分壓為0.0 IMPa，接通直流脈動(dòng)電源1，電壓為40V，弧光放電過(guò)程中調(diào)節(jié)工作電流與電壓保持相對(duì)穩(wěn)定，制得Sn@C@g-C3N4納米復(fù)合物。該納米復(fù)合物微觀結(jié)構(gòu)為SnOC核殼結(jié)構(gòu)納米膠囊嵌入g_C3N4納米片，其中:SnOC納米膠囊的粒徑為5?lOOnm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Sn@C@g-C3N4納米復(fù)合物，其特征在于，該納米復(fù)合物微觀結(jié)構(gòu)為SnOC核殼結(jié)構(gòu)納米膠囊嵌入g_C3N4納米片中；該納米膠囊的粒徑為5?lOOnm。2.如權(quán)利要求1所述Sn@C@g-C3N4納米復(fù)合物的制備方法，其特征在于:該納米復(fù)合物是利用等離子體電弧放電技術(shù)，在工作氣體下原位制備得到;其中: 采用石墨電極為陰極，錫-三聚氰胺粉末塊體為陽(yáng)極靶材，陰極與陽(yáng)極靶材之間保持2?30mm的距離；電弧放電的電壓為10?40V;所述工作氣體為氬氣和甲烷氣體;所述陽(yáng)極靶材中錫所占的質(zhì)量百分比為70?90%;所述氬氣的分壓為0.01?0.5MPa,甲燒氣體的分壓為 0.01?0.3MPa。
【文檔編號(hào)】B22F1/00GK106077688SQ201610397220
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日 公開號(hào)201610397220.1, CN 106077688 A, CN 106077688A, CN 201610397220, CN-A-106077688, CN106077688 A, CN106077688A, CN201610397220, CN201610397220.1
【發(fā)明人】劉先國(guó), 趙成云, 陳浩, 孫玉萍
【申請(qǐng)人】安徽工業(yè)大學(xué)