纳米复合材料的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Au/g-C3N4纳米复合材料的应用，属于纳米材料应用领域。
【背景技术】
[0002]现代工业的发展在为人们提供优质产品的同时，也产生了大量含有难降解有机污染物的工业废水。硝基苯酸(Nitrophenol)是工业生产中广泛应用的一种有机物质，环境中所含的硝基苯酚通常主要来自有机合成、制造染料以及生产炸药等行业。目前，在空气、水和土壤中都发现有少量的硝基苯酚类物质。这类物质在自然界中存在时间长，容易在生物体内富集滞留，严重时导致人类和动物畸变、血液疾病、肝肾损伤、雌性化以及癌变，对人类的生命和生活带来了严重威胁。相反，它的还原产物氨基苯酚(aminophenol)却是染料、医药、化妆品等领域的重要中间体。因此，关于这项“变废为宝”的研究在世界上引起了广泛关注。
[0003]石墨相氮化碳(g_C3N4)作为类石墨烯材料的典型代表，带隙为2.7eV，可以吸收可见光，其层与层之间以范德华力相连，具有较好的化学与热力学稳定性，此外还具有无毒、来源丰富、价格低廉，制备简单等特点。氮化碳是分散和稳定纳米颗粒的优良载体，基于氮化碳的复合材料已展现许多优良的特性，在催化、储能、生物医药等领域中的应用前景宽广，在提高半导体光催化剂活性方面，已显示出独特的优势。Cheng N等人采用光致还原法制备Au和g_C3N4的复合物，在光催化降解甲基橙方面具有较高的性能[Cheng N, TianJj Liu Q，et al.Au-nanoparticle-loaded graphitic carbon nitride nanosheets: greenphotocatalytic synthesis and applicat1n toward the degradat1n of organicpollutants [J].ACS applied materials&interfaces, 2013，5(15):6815-6819.]0 ChenL等人制备出Au与g_C3N4的复合物用于电致化学发光的免疫传感器，对检测癌胚抗原具有更敏感的响应[Chen L, Zeng X, Si P, et al.Gold nanopart i c I e-graph i t e~l i keC3N4nanosheet nanohybrids used for electrochemiluminescent immunosensor[J].Analytical chemistry, 2014, 86(9):4188-4195.]
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种Au/g_C3N4纳米复合材料的新应用。
[0005]实现本发明目的的技术解决方案为:一种Au/g_C3N4纳米复合物的应用，将其作为硝基酚催化还原反应的催化剂。
[0006]其中，所述Au/g_C3N4纳米复合物中金纳米颗粒的粒径为3-5nm，Au/g-C 3N4纳米复合物中Au的用量为硝基酚用量的1% -8%。
[0007]所述的Au/g_C3N4纳米复合物通过以下步骤制备:
[0008]第一步:将碳化氮在超纯水中进行超声分散60-120min，得到碳化氮分散液；
[0009]第二步，将氯金酸溶液滴入超纯水中搅拌10-30min，再滴入硼氢化钠溶液搅拌30_60min ；
[0010]第三步，将第二步制得的纳米金溶液逐滴加入第一步分散液中搅拌120-180min ;
[0011]第四步，将第三步所得反应体系冷冻干燥，制得Au/g_C3N4复合材料。
[0012]与现有技术相比，其优点在于:开拓Aug-C3N4纳米复合材料的新应用，该纳米复合材料作为有机催化的催化剂，在对各种硝基酚的催化还原方面具有优异的催化还原性能。
【附图说明】
[0013]图1是本发明实例5所制备的Au/g_C3N4复合物的透射电镜。
[0014]图2是本发明实例I所制备的Au/g_C3N4复合物的XRD衍射谱图。
[0015]图3是实例1-6所制备的Au/g_C3N4复合物的傅里叶红外谱图。
[0016]图4是本发明实例1-6所制备的Au/g_C3N4复合物催化还原对硝基酚的还原率。
[0017]图5是本发明实例5所制备的Au/g_C3N4复合物催化还原各对硝基酚的还原率。
[0018]图6是本发明Au/g_C3N4纳米复合材料作为有机催化的催化剂的机理图。
【具体实施方式】
[0019]本发明制备出的Au/g_C3N4纳米复合材料作为有机催化的催化剂具有优异的催化性能，这主要归因于小粒径、高分散的金纳米粒子以及其显著的表面等离子体共振效以及银纳米粒子和氮化碳间显著的协同效应，从而提高其催化活性。机理如图6所示。
[0020]本发明Au/g_C3N4纳米复合材料的制备步骤及降解过程如下:
[0021]第一步:将碳化氮在超纯水中进行超声分散60-120min，得到碳化氮分散液；
[0022]第二步，将氯金酸溶液滴入超纯水中搅拌10_30min，再滴入硼氢化钠溶液搅拌30_60min ；
[0023]第三步，将第二步制得的纳米金溶液逐滴加入第一步分散液中搅拌120-180min ;
[0024]第四步，将第三步所得反应体系冷冻干燥，制得Au/g_C3N4复合材料。
[0025]第五步，称取Img Au/g_C3N4于催化管中，加入5OmL的硝基酸溶液，再加入20-150 μ L NaBH4S液，搅拌反应。
[0026]实施实例1:
[0027]第一步:将10mg碳化氮在超纯水中进行超声分散120min，得到碳化氮分散液；
[0028]第二步，将含金量为Img氯金酸溶液滴入超纯水中搅拌lOmin，再滴入20 μ L硼氢化钠溶液(0.3mg/ μ L)，搅拌30min ;
[0029]第三步，将第二步制得的纳米金溶液逐滴加入第一步分散液中搅拌120min ;
[0030]第四步，将第三步所得反应体系冷冻干燥，制得Au/g-C3N4_2纳米复合材料。
[0031]第五步，称取Img Au/g-C3N4-l于催化管中，加入50mL的硝基酚溶液，再加入20 yLNaBH4溶液，搅拌反应。
[0032]结果如图4，1min后，Au/g_C3N4_l纳米复合物催化还原硝基酚溶液的还原率为26.
[0033]实施实例2:
[0034]第一步:将50mg碳化氮在超纯水中进行超声分散60min，得到碳化氮分散液；
[0035]第二步，将含金量为2mg氯金酸溶液滴入超纯水中搅拌15min，再滴入40 μ L硼氢化钠溶液(0.3mg/ μ L)，搅拌30min ;
[0036]第三步，将第二步制得的纳米金溶液逐滴加入第一步分散液中搅拌120min ;
[0037]第四步，将第三步所得反应体系冷冻干燥，制得Au/g-C3N4_2纳米复合材料。
[0038]第五步，称取Img Au/g-C3N4_2于催化管中，加入50mL的硝基酸溶液，再加入40 μ LNaBH4溶液，搅拌反应。
[0039]结果如图4，1min后，Au/g_C3N4_2纳米复合物催化还原硝基酚溶液的还原率为72.
[0040]实施实例3:
[0041]第一步:将10mg碳化氮在超纯水中进行超声分散120min，得到碳化氮分散液；
[0042]第二步，将含金量为3mg氯金酸溶液滴入超纯水中搅拌20min，再滴入60 μ L硼氢化钠溶液(0.3mg/ μ L)，搅拌40min ；
[0043]第三步，将第二步制得的纳米金溶液逐滴加入第一步分散液中搅拌180min ;
[0044]第四步，将第三步所得反应体系冷冻干燥，制得Au/g-C3N4_3纳米复合材料。
[0045]第五步，称取Img Au/g_C3N4_3于催化管中，加入50mL的硝基酸溶液，再加入50 μ LNaBH4溶液，搅拌反应。
[0046]结果如图4，1min后，Au/g_C3N4_3纳米复合物催化还原硝基酚溶液的还原率为90.1% ο
[0047]实施实例4:
[0048]第一步:将50mg碳化氮在超纯水中进行超声分散60min，得到碳化氮分散液；
[0049]第二步，将含金量为2mg氯金酸溶液滴入超纯水中搅拌20min，再滴入40 μ L硼氢化钠溶液(0.3mg/ μ L)，搅拌40min ；
[0050]第三步，将第二步制得的纳米金溶液逐滴加入第一步分散液中搅拌180min ;
[0051]第四步，将第三步所得反应体系冷冻干燥，制得Au/g-C3N4_4纳米复合材料。
[0052]第五步，称取Img Au/g_C3N4_4于催化管中，加入50mL的硝基酸溶液，再加入75 μ LNaBH4溶液，搅拌反应。
[0053]结果如图4，1min后，Au/g_C3N4_4纳米复合物催化还原硝基酚溶液的还原率为92.
[0054]实施实例5:
[0055]第一步:将50mg碳化氮在超纯水中进行超声分散60min，得到碳化氮分散液；
[0056]第二步，将含金量为3mg氯金酸溶液滴入超纯水中搅拌20min，再滴入60 μ L硼氢化钠溶液(0.3mg/ μ L)，搅拌60min ；
[0057]第三步，将第二步制得的纳米金溶液逐滴加入第一步分散液中搅拌180min ;
[0058]第四步，将第三步所得反应体系冷冻干燥，制得Au/g-C3N4_6纳米复合材料。
[0059]第五步，称取Img Au/g_C3N4_6于催化管中，加入5OmL的硝基酸溶液，再加入150 μ L NaBH4溶液，搅拌反应。
[0060]经透射电镜、XRD衍射、红外表征，成功制备出Au/g_C3N4纳米复合材料。如图1，2，
3所示。
[0061]结果如图5，反应6min后，Au/g-C3N4-6纳米复合材料催化还原邻硝基酸(o-NP)、间硝基酚(m-NP)、对硝基酚(P-NP)、2，4- 二硝基酚苯酚(2，4-NP)及2，4，6-三硝基甲苯酚(2，4，6-NP)的还原率分别为93.2%、97.6%、89.2%、60.1 %和39.6%,具有明显优异的催化还原效果。
[0062]实施实例6:
[0063]第一步:将50mg碳化氮在超纯水中进行超声分散60min，得到碳化氮分散液；
[0064]第二步，将含金量为4mg氯金酸溶液滴入超纯水中搅拌30min，再滴入80 μ L硼氢化钠溶液(0.3mg/ μ L)，搅拌60min ；
[0065]第三步，将第二步制得的纳米金溶液逐滴加入第一步分散液中搅拌180min ;
[0066]第四步，将第三步所得反应体系冷冻干燥，制得Au/g-C3N4_8纳米复合材料。
[0067]第五步，称取Img Au/g_C3N4_8于催化管中，加入5OmL的硝基酸溶液，再加入150 μ L NaBH4溶液，搅拌反应。
[0068]结果如图4，1min后，Au/g_C3N4_8纳米复合物催化还原硝基酚溶液的还原率为97.
【主权项】
1.一种Au/g-c 3N4纳米复合物的应用，其特征在于，将所述复合物作为硝基酚催化还原反应的催化剂。2.如权利要求1所述的Au/g-C3N4纳米复合物的应用，其特征在于，所述Au/g-C 3N4纳米复合物中金纳米颗粒的粒径为3-5nm，Au/g-C3N4纳米复合物中Au的用量为硝基酸用量的1% -8%。3.如权利要求1所述的Au/g-C3N4纳米复合物的应用，其特征在于，Au/g-C 3N4纳米复合物通过以下步骤制备: 第一步:将碳化氮在超纯水中进行超声分散60-120min，得到碳化氮分散液； 第二步，将氯金酸溶液滴入超纯水中搅拌1 - 3 Om i η，再滴入硼氢化钠溶液搅拌30_60min ； 第三步，将第二步制得的纳米金溶液逐滴加入第一步分散液中搅拌120-180min ; 第四步，将第三步所得反应体系冷冻干燥，制得Au/g-C3N4复合材料。
【专利摘要】本发明公开了一种Au/g-C3N4纳米复合材料的应用。本发明所述的Au/g-C3N4纳米复合材料作为有机催化的催化剂，在对各种硝基酚的催化还原方面具有优异的性能，当Au与g-C3N4的含量比为6:100时，反应6min后，Au/g-C3N4-6纳米复合材料催化还原邻硝基酚(o-NP)、间硝基酚(m-NP)、对硝基酚(p-NP)、2,4-二硝基酚苯酚(2,4-NP)及2,4,6-三硝基甲苯酚(2,4,6-NP)的还原率分别为93.2％、97.6％、89.2％、60.1％和39.6％，具有明显优异的催化还原效果。
【IPC分类】C02F101/38, C02F101/34, B01J27/24, C02F1/70
【公开号】CN105110447
【申请号】CN201510587193
【发明人】付永胜, 黄婷, 汪信, 朱俊武, 赵先敏, 王佳瑜, 潘书刚
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月15日