一种新型六棱柱状光催化剂及其制备方法

技术领域

本发明属半导体光催化领域，具体涉及一种新型六棱柱状g-C

技术背景

近年来，研究人员逐渐开始探究不含金属的高效光催化剂，石墨相氮化碳(g-C

研究人员已经采取了很多改性手段用以提升g-C

基于此，本发明中采用微波协助热溶剂法的方式，通过重结晶超薄g-C

发明内容

一种新型六棱柱状光催化剂，微观结构为六棱柱状，直径为1～3μm，并且其表面含有丰富的羟基官能团。

本发明还提供一种新型六棱柱状光催化剂的制备方法，是以超薄石墨相氮化碳g-C

进一步地，所述的新型六棱柱状光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)尿素放入氧化铝坩埚置于马弗炉，控制加热速度及目标温度，保温一定时间，自然冷却后得到浅黄色样品，标记为UCN；

(2)将UCN放入敞开坩埚，置于马弗炉进行二次淬火处理，得到偏白色粉末样品，标记为PCN；

(3)将PCN放入烧杯中，加入乙酸乙酯-四氯化碳共沸混合物，然后再加入亚乙基二油酸酰胺表面活性剂，进行高功率超声搅拌，得到均匀混合悬浮液；

(4)将悬浮液放入反应釜进行水热反应，自然冷却后，分别用水和乙醇洗涤3次样品，利用离心机进行分离。

(5)洗涤后的样品进行真空冷冻干燥，得到粉末状新型六棱柱状光催化剂样品，标记为CCN。

进一步地，步骤(1)所述尿素质量10g，加热速度5℃/min，目标温度550℃，保温时间3小时。

进一步地，步骤(2)所述二次退火处理，加热速度20℃/min，目标温度600℃，保温时间2小时，然后室温淬火。

进一步地，步骤(3)所述的乙酸乙酯-四氯化碳共沸混合物的质量比为43:57，总体积为40ml。

进一步地，步骤(3)所述的亚乙基二油酸酰胺表面活性剂的质量分数为1.5％，超声波功率为200W，超声分散时间为2天。

进一步地，步骤(4)所述水热反应，反应釜衬套体积为50ml，材质为PPL，水热条件为在120～240℃保温6～12小时。

进一步地，步骤(5)所述真空冷冻干燥的真空度<15Pa，温度<-50℃，时间为24小时。

本发明的有益之处在于：

本发明通过微波协助热溶剂法，以重结晶g-C

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的(a)六棱柱状g-C

图2为本发明实施例1所制备的PCN和CCN的X射衍射图；

图3为本发明实施例1所制备的(a)CCN和PCN的XPS全光谱，以及高分辨(b)C 1s(c)N 1s(d)FTIR光谱图；

图4为本发明实施例1所制备的PCN和CCN的(a)紫外-可见漫反射谱(b)Tauc曲线图；

图5为本发明实施例1所制备的PCN和CCN(a)在空气条件下的光催化硝酸根产量图(b)以及硝酸根速率图(c)氩气条件下的空白对照(d)

具体实施案例

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种新型六棱柱状g-C

(1)将10g尿素放入氧化铝坩埚置于马弗炉，设置加热速度5℃/min，目标温度550℃，保温时间3小时，自然冷却后得到浅黄色样品，标记为UCN；

(2)将UCN放入敞开坩埚，置于马弗炉进行二次淬火处理，加热速度20℃/min，目标温度600℃，保温时间2小时，然后室温淬火得到偏白色粉末样品，标记为PCN；

(3)将30mg PCN放入烧杯中，加入40ml乙酸乙酯-四氯化碳共沸混合物(质量比为43:57)，然后加入质量分数为1.5％的亚乙基二油酸酰胺表面活性剂，进行超声搅拌，超声波功率200W，超声时间2天，得到均匀混合悬浮液；

(4)将悬浮液放入反应釜进行水热反应，反应釜体积为50ml，材质为PPL，水热温度为180℃，保温6小时，自然冷却后，分别用水和乙醇洗涤3次样品，利用离心机进行分离。

(5)洗涤后的样品进行真空冷冻干燥，真空干燥箱中彻底干燥，真空度<15Pa,温度<-50℃，干燥时间24小时，得到颜色偏白的粉末状样品，标记为CCN。

图1为本发明实施例1所制备的六棱柱状g-C

图2为本发明实施例1所制备的PCN和CCN的X射线衍射图，可以看出本发明制备得到的PCN和CCN均为石墨相结构的氮化碳，但是与常见的PCN相比，CCN内部结构的长程有序度更高，结晶性更强。这个特性有利于其内部载流子的快速传输。

图3为本发明实施例1所制备的(a)CCN和PCN的XPS全光谱，以及高分辨(b)C 1s(c)N 1s(d)FTIR光谱图，可以看出经过重构以后，CCN的结构与PCN进行比较并没有明显的改变，但是，由于在溶剂热处理过程中，经过高温处理，CCN表面吸附了更多的羟基。

图4为本发明实施例1所制备的PCN和CCN的(a)紫外-可见漫反射谱(b)Tauc曲线，可以看出经高温溶剂热重构之后，CCN的光吸收带边出现明显蓝移，CCN的禁带宽度会大于PCN，其光吸收能力相较于PCN有所减弱，这是由于其形貌的改变以及表面的羟基基团导致的。

图5为本发明实施例1所制备的PCN和CCN(a)在空气条件下的光催化硝酸根产量图(b)以及硝酸根速率图(c)氩气条件下的空白对照(d)

实施例2

一种新型六棱柱状g-C

(1)将10g尿素放入氧化铝坩埚置于马弗炉，设置加热速度5℃/min，目标温度550℃，保温时间3小时，自然冷却后得到浅黄色样品，标记为UCN；

(2)将UCN放入敞开坩埚，置于马弗炉进行二次淬火处理，加热速度5℃/min，目标温度600℃，保温时间2小时，然后室温自然冷却得到粉末样品，标记为PCN；

(3)将30mg PCN放入烧杯中，加入40ml乙酸乙酯-四氯化碳共沸混合物(质量比为43:57)，然后加入质量分数为1.5％的亚乙基二油酸酰胺表面活性剂，进行超声搅拌，超声波功率200W，超声时间2天，得到均匀混合悬浮液；

(4)将悬浮液放入反应釜进行水热反应，反应釜体积为50ml，材质为PPL，水热温度为180℃，保温6小时，自然冷却后，分别用水和乙醇洗涤3次样品，利用离心机进行分离。

(5)洗涤后的样品进行真空冷冻干燥，真空干燥箱中彻底干燥，真空度<15Pa,温度<-50℃，干燥时间24小时，得到颜色偏白的粉末状样品，标记为CCN。

实施例3

一种新型六棱柱状g-C

(1)将10g尿素放入氧化铝坩埚置于马弗炉，设置加热速度5℃/min，目标温度550℃，保温时间3小时，自然冷却后得到浅黄色样品，标记为UCN；

(2)将UCN放入敞开坩埚，置于马弗炉进行二次淬火处理，加热速度20℃/min，目标温度600℃，保温时间2小时，然后室温淬火得到偏白色粉末样品，标记为PCN；

(3)将30mg PCN放入烧杯中，加入35ml乙酸乙酯-四氯化碳共沸混合物(质量比为43:57)，然后加入质量分数为2.0％的亚乙基二油酸酰胺表面活性剂，进行超声搅拌，超声波功率150W，超声时间12小时，得到均匀混合悬浮液；

(4)将悬浮液放入反应釜进行水热反应，反应釜体积为50ml，材质为PPL，水热温度为180℃，保温6小时，自然冷却后，分别用水和乙醇洗涤3次样品，利用离心机进行分离。

(5)洗涤后的样品进行真空冷冻干燥，真空干燥箱中彻底干燥，真空度<15Pa,温度<-50℃，干燥时间24小时，得到颜色偏白的粉末状样品，标记为CCN。

实施例4

一种新型六棱柱状g-C

(1)将10g尿素放入氧化铝坩埚置于马弗炉，设置加热速度5℃/min，目标温度550℃，保温时间3小时，自然冷却后得到浅黄色样品，标记为UCN；

(2)将UCN放入敞开坩埚，置于马弗炉进行二次淬火处理，加热速度20℃/min，目标温度600℃，保温时间2小时，然后室温淬火得到偏白色粉末样品，标记为PCN；

(3)将30mg PCN放入烧杯中，加入40ml乙酸乙酯-四氯化碳共沸混合物(质量比为43:57)，然后加入质量分数为1.5％的亚乙基二油酸酰胺表面活性剂，进行超声搅拌，超声波功率200W，超声时间2天，得到均匀混合悬浮液；

(4)将悬浮液放入反应釜进行水热反应，反应釜体积为100ml，材质为PPL，水热温度为150℃，保温12小时，自然冷却后，分别用水和乙醇洗涤3次样品，利用离心机进行分离。

(5)洗涤后的样品进行真空冷冻干燥，真空干燥箱中彻底干燥，真空度<15Pa,温度<-50℃，干燥时间24小时，得到颜色偏白的粉末状样品，标记为CCN。

实施例5

一种新型六棱柱状g-C

(1)将10g尿素放入氧化铝坩埚置于马弗炉，设置加热速度5℃/min，目标温度550℃，保温时间3小时，自然冷却后得到浅黄色样品，标记为UCN；

(2)将UCN放入敞开坩埚，置于马弗炉进行二次淬火处理，加热速度20℃/min，目标温度600℃，保温时间2小时，然后室温淬火得到偏白色粉末样品，标记为PCN；

(3)将30mg PCN放入烧杯中，加入40ml乙酸乙酯-四氯化碳共沸混合物(质量比为43:57)，然后加入质量分数为1.5％的亚乙基二油酸酰胺表面活性剂，进行超声搅拌，超声波功率200W，超声时间2天，得到均匀混合悬浮液；

(4)将悬浮液放入反应釜进行水热反应，反应釜体积为50ml，材质为PPL，水热温度为180℃，保温6小时，自然冷却后，分别用水和乙醇洗涤3次样品，利用离心机进行分离。

(5)洗涤后的样品进行真空冷冻干燥，真空干燥箱中彻底干燥，真空度<50Pa,温度-30℃，干燥时间12小时，得到颜色偏白的粉末状样品，标记为CCN。