一種氧化鈰/石墨烯量子點/類石墨烯相氮化碳復合光催化材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化鈰/石墨烯量子點/類石墨烯相氮化碳復合光催化材料及其制備方法，屬于光催化劑制備技術領域。
【背景技術】
[0002]現階段，人們開發(fā)和研制的半導體光催化材料大多只能吸收僅占抵達地球的太陽能譜中不足5 %的紫外光，太陽能利用率較低。因此，尋找并合成高效、穩(wěn)定、低成本的可見光催化材料是太陽能分解水制氫研究的關鍵。
[0003]近年來，具有無機非金屬結構的復合材料的光催化活性引起研究工作者們的注意。研究發(fā)現，無機非金屬結構半導體材料有著特殊的能帶結構和載流子輸送特性，在光催化反應中能有效抑制光生載流子的復合，從而提尚量子效率。
[0004]石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，單層碳原厚度不僅使其不僅適合功能納米材料的生長，而且具有良好的電子傳導性，已經被公認為是催化劑的理想載體材料；實驗以氧化石墨烯作為前體材料，在反應的過程中控制磷酸銀成核和生長，使最終生成的氧化鋅/磷酸銀/石墨烯復合光催化材料具有均一的形貌和較小的尺寸；石墨烯的高透光率、高的比表面積使所制得的復合光催化材料在溶液中具有很好的分散性和吸附性；其高的電導性進一步加速光生電子對的分離，延長活性組分的壽命，增強了復合光催化材料的催化活性。
[0005]2009年，Wang等人又創(chuàng)新性的將類石墨結構的氮化碳材料應用到光催化領域，從而使光催化材料由傳統(tǒng)的含金屬的光催化材料體系拓展到不含金屬的光催化材料體系。氮化碳材料作為光催化材料具有1)原材料在自然界中的含量豐富且價格低廉；2)高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性；3)窄的光學帶隙，且合適的導帶及價帶位置等明顯特點，從而使氮化碳材料在光催化科學的研究中受到越來越多的重視。
[0006]類石墨結構(層狀石墨相)氮化碳(g_C3N4)具有與石墨烯類似的特殊半導體光學特性，作為可見光響應的催化劑被應用于光催化反應中，但其光催化活性還有待進一步提尚ο

【發(fā)明內容】

[0007]為了提高類石墨結構(層狀石墨相)氮化碳(g_C3N4)的光催化活性，本發(fā)明提供了一種氧化鈰/石墨烯量子點/類石墨烯相氮化碳復合光催化材料及其制備方法，本發(fā)明的材料制備操作簡單、生產成本低廉、合成的產率較高，純度高且重復性好，適合擴大化生產的要求。
[0008]本發(fā)明的技術思路為，通過石墨烯量子點改善類石墨烯相氮化碳的光吸收性能，利用氧化鈰工業(yè)味精的特點，提高類石墨烯相氮化碳的表面活性，并且在類石墨烯相氮化碳制備過程中起到催化作用，促進類石墨烯相氮化碳生成，提高產率。一種氧化鈰/石墨烯量子點/類石墨烯相氮化碳復合光催化材料，其特征是:氧化鈰鑲嵌在類石墨烯相氮化碳層狀結構中，氮摻雜石墨烯量子點負載在類石墨烯相氮化碳上，從而形成了復合光催化材料。
[0009]上述氧化鈰/石墨烯量子點/類石墨烯相氮化碳復合光催化材料的制備方法，其步驟如下:
(1)稱取12-13克三聚氰胺、0.2-0.5g草酸鈰加入到瑪瑙研缽中研磨均勻，然后加入到容量為25毫升的氧化鋁坩禍中，并放入610°C ~660°C的馬弗爐中恒溫2~4小時，得到淡黃色的鑲嵌有氧化鈰的類石墨烯相氮化碳；
(2)氮摻雜石墨烯量子點的合成為:取0.8-0.9克檸檬酸和0.65-0.95克尿素溶于15-20毫升的去離子水中，充分溶解后加入到50毫升反應釜中，置于160~180°C的鼓風干燥箱中恒溫8~12小時，冷卻至常溫即可得到分散均勻的氮摻雜石墨烯量子點溶液；取1~3毫升氮摻雜石墨烯量子點溶液分散于30毫升去離子水中，超聲后得到溶液A ;
(3)取0.1-0.5克步驟(1)得到的類石墨烯相氮化碳溶于10~20毫升水中，超聲1~5小時，然后將溶液A緩慢加入，常溫條件下攪拌15~20小時，得到渾濁液B ;
(4)然后將渾濁液B進行過濾、洗滌和干燥，得到目標復合光催化材料。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是:1、氮摻雜石墨烯量子點的摻雜拓展了類石墨烯相氮化碳的光響應范圍，增加了在可見光下的吸收；2、同時利用了氮摻雜石墨烯量子點的光敏化作用與超強電子傳導能力，不僅抑制了光生電子與空穴的復合，同時提高了光的利用率，并且利用氧化鈰電子迀移容易的特點，在光催化過程者三種材料之間快速的光生電子-空穴分離效果和電子迀移能力使復合光催化材料具有高效的光催化活性；3、本發(fā)明的原料廉價易得，合成方法簡單，合成產率及純度較高，實驗重復性好，適合擴大化生產的要求。
【附圖說明】
[0011 ] 圖1為實施例1所得產品的XRD圖。
[0012]圖2為實施例1所得產品的SEM圖。
[0013]圖3為實施例1-5的催化劑的紫外可見漫反射圖。
[0014]圖4為無摻雜類石墨烯相氮化碳和實施例1-5的在模擬太陽光的誘導下光催化產氫的效果圖，圖中a-無摻雜類石墨烯相氮化碳，b-實施例1，c-實施例2，d-實施例3，e-實施例4，f-實施例5。
[0015]圖5為實施例3的復合光催化材料在降解還原亞甲基藍光照0，2，4，6，8小時的紫外可見全波段圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
(1)稱取12克三聚氰胺、0.5g草酸鈰加入到瑪瑙研缽中研磨均勻，然后加入到容量為25毫升的氧化鋁坩禍中，并放入610°C的馬弗爐中恒溫4小時，得到淡黃色的鑲嵌有氧化鈰的類石墨烯相氮化碳；
(2)氮摻雜石墨稀量子點的合成為:取0.8克朽1檬酸和0.65克尿素溶于15毫升的去離子水中，充分溶解后加入到50毫升反應釜中，置于160°C的鼓風干燥箱中恒溫8小時，冷卻至常溫即可得到分散均勻的氮摻雜石墨烯量子點溶液；取2毫升氮摻雜石墨烯量子點溶液分散于30毫升去離子水中，超聲后得到溶液A ;
(3)取0.1克步驟(1)得到的類石墨烯相氮化碳溶于10毫升水中，超聲1小時，然后將溶液A緩慢加入，常溫條件下攪拌15小時，得到渾濁液B ;
(4)然后將渾濁液B進行過濾、洗滌和干燥，得到目標復合光催化材料。
[0017]實施例2
(1)稱取13克三聚氰胺、0.5g草酸鈰加入到瑪瑙研缽中研磨均勻，然后加入到容量為25毫升的氧化鋁坩禍中，并放入660°C的馬弗爐中恒溫2小時，得到淡黃色的鑲嵌有氧化鈰的類石墨烯相氮化碳；
(2)氮摻雜石墨烯量子點的合成為:取0.9克檸檬酸和0.95克尿素溶于20毫升的去離子水中，充分溶解后加入