一种铁酸镧掺杂石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法与流程

本发明属于纳米材料制备及应用技术领域，涉及一种铁酸镧掺杂石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法。

背景技术：

光催化技术以着渐成为治理环境污染以及能源短缺问题的最关键的技术之一，并引发了国内外科学家的广泛研究。石墨相氮化碳(g-c3n4)作为一种新型可见光响应的非金属聚合物光催化剂，并具有无毒、无二次污染、成本低廉、易于工业化等优点。随着研究的深入，石墨相氮化碳已被广泛的应用于光催化降解、光催化制氢等研究领域，并取得一系列重大突破。但是，研究表明g-c3n4却存在一些缺点，例如比表面积小、量子效率低、光生电子与空穴对复合率较高等缺点。因此，寻找一些方法对g-c3n4改性提高光催化性能已成为研究热点。常见的改性方法包括非金属掺杂、贵金属沉积、半导体复合、染料敏化等。其中，半导体复合是将两种或两种以上不同能带的半导体进行相互复合。半导体复合之后，光生电子和空穴从一个半导体能级流入另一个半导体能级中，促使光生电子对分离，拓展了光谱响应范围，从而进一步提高光催化剂的光量子产率，进而提高光催化效率。因此，寻找一种新型的具有可见光响应的半导体与氮化碳进行复合是十分有意义的。

近年来，研究发现lafeo3,lacoo3和srfeo3-λ等钙钛矿型复合氧化物在利用可见光光催化氧化有机污染物以及光催化还原性能等方面具有优异的性能。其中，铁酸镧(lafeo3)作为一种典型的钙钛矿(abo3)型稀土复合金属氧化物，具有低毒性、稳定性高、以及电、磁、催化特性好等优点引起了研究者的广泛研究。研究发现：lafeo3具有较窄的带隙(2.09ev)，在可见光区域有良好的光响应性，对太阳能的利用率较高，是一种优良半导体材料，也是一种良好的可见光催化剂。但其却存在制备成本高，光催化效率低等缺点。但是若将其与g-c3n4复合形成p-n异质结光催化剂，不仅可以拓宽g-c3n4的光响应性，提高其光催化效率，还可以节省lafeo3的使用量降低催化剂成本。因此，研究和开发这种新型的复合光催化剂是十分有意义的。文献调研发现，铁酸镧掺杂石墨相氮化碳复合光催化剂未有报道。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种铁酸镧掺杂石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种铁酸镧掺杂石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)石墨相氮化碳(g-c3n4)的制备：将碳氮源放入坩埚中，加热至550℃，加热5h，自然冷却至室温研磨后得到产物；

(2)铁酸镧(lafeo3)的制备：将硝酸镧和硝酸铁以及柠檬酸分别溶解于20ml溶剂ⅰ中，搅拌60min，加热至60℃，持续3h，直至形成干凝胶，于100℃干燥12h，550℃煅烧5h，自然冷却至室温研磨后得到产物；

(3)铁酸镧掺杂石墨相氮化碳复合光催化剂的制备：将步骤(1)中干燥后的一定质量的石墨相氮化碳(g-c3n4)和铁酸镧(lafeo3)、分别加入烧杯中，放入20ml分散剂中，超声30min。接着将lafeo3悬浊液逐滴滴加入石墨相氮化碳悬浊液中，搅拌12h，转移高压釜120℃，反应8h，离心过滤干燥得产品。

进一步地，所述的步骤(1)中碳氮源为尿素、双氰胺、单氰胺、三聚氰胺等；

进一步地，所述的步骤(2)(3)中溶剂ⅰ为去离子水与乙醇的混合溶液，且混合溶液中去离子水与乙醇的体积比为1:1；

进一步地，所述的步骤(1)中碳氮源的质量为5～10g；所述的步骤(2)中硝酸镧与硝酸铁的物质的量比为1:1；硝酸镧和柠檬酸物质的量比为1:1；

进一步地，所述的步骤(3)中铁酸镧的质量为氮化碳质量比为1:2。

进一步地，所述的步骤(3)中水热温度为120℃，反应时间为8h。

本发明的有益效果是：该制备方法较为简单，制备条件容易控制，所制备的铁酸镧掺杂石墨相氮化碳复合光催化剂具有无污染，催化效率高等优点，具有一定的应用价值。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例1制备得到的纯铁酸镧和铁酸镧掺杂石墨相氮化碳复合光催化剂的扫描电镜图；

图2是本发明实施例1制备得到的铁酸镧掺杂石墨相氮化碳复合光催化剂的x射线衍射图；

图3是本发明实施例1制备得到的铁酸镧掺杂石墨相氮化碳复合光催化剂降解罗丹明b的活性图。

具体实施方式

现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

实施例1

(1)石墨相氮化碳(g-c3n4)的制备：将5g三聚氰胺放入坩埚中，加热至550℃，加热5h，自然冷却至室温研磨后得到产物；

(2)铁酸镧(lafeo3)的制备：将3mol硝酸镧和3mol硝酸铁以及3mol柠檬酸分别溶解于20溶剂ⅰ(水：乙醇＝1：1)中，搅拌20min，加热至60℃，持续3h，直至形成干凝胶，于100℃干燥12h，550℃煅烧5h，自然冷却至室温研磨后得到产物；

(3)铁酸镧掺杂石墨相氮化碳复合光催化剂的制备：将步骤(1)中2g石墨相氮化碳(g-c3n4)和1g铁酸镧(lafeo3)分别加入烧杯中，放入20ml分散剂中，超声30min。接着将lafeo3悬浊液逐滴滴加入石墨相氮化碳悬浊液中，搅拌12h，转移高压釜120℃，反应8h，离心过滤干燥得产品。

1、铁酸镧掺杂石墨相氮化碳复合光催化剂的形貌及组分测定

扫描电镜图如图1所示，从图可以看出，本实施方式制备的铁酸镧/石墨相氮化碳复合光催化剂的形貌为块状氮化碳表面负载有颗粒状的铁酸镧颗粒，且分布较为均匀。

x射线衍射图谱如图2所示，由图可知，制备的铁酸镧/石墨相氮化碳复合光催化剂xrd衍射图中可看到在22.54°、32.08°、39.64°、46.12°、51.92°、57.34、67.28°和76.58°出现铁酸镧的特征衍射峰，12.92°与27.66°是氮化碳的特征衍射峰。因此，可以证明铁酸镧与石墨相氮化碳复合在一起，并且未改变自身晶型，这与扫描电镜的结果一致。

2、铁酸镧掺杂石墨相氮化碳复合光催化剂的光催化性能以及潜在应用性研究

由图3可见，在160分钟内罗丹明b降解率以达到92.5％，可见所制备的铁酸镧/石墨相氮化碳复合光催化剂具有较高的光催化活性。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种铁酸镧掺杂石墨相氮化碳(g‑C3N4)复合光催化剂的制备，包括步骤：石墨相氮化碳(g‑C3N4)的制备、铁酸镧(LaFeO3)的制备和铁酸镧掺杂石墨相氮化碳(LaFeO3/g‑C3N4)复合光催化剂的制备。本发明的有益效果是：该制备方法较为简单，制备条件容易控制，所制备的铁酸镧掺杂石墨相氮化碳(g‑C3N4)复合催化剂具有无二次污染，光催化效率高等优点，具有一定的应用价值。

技术研发人员：梁倩;金杰;李忠玉
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2017.03.06
技术公布日：2017.07.28