一种Ag@g-PAN/g-C3N4光催化剂的制备方法

一种ag@g-pan/g-c3n4光催化剂的制备方法
技术领域
1.本发明涉及光催化材料领域，特别是一种ag@g-pan/g-c3n4光催化剂的制备方法。


背景技术：

2.高效光催化剂的研究是提高能源利用效率的重点所在，近年来，金属纳米材料的局部表面等离子体共振（lspr）越来越受人们关注，lspr可被用于提高各种光催化效率。与贵金属金、铂相比，成本相对低廉易获得的银纳米颗粒受到了广泛研究。银因其诱人的光催化性能而受到越来越多的关注，但由于银纳米颗粒在空气中较易氧化，导致光催化效果大幅降低。因此，通过使用简单易行、便捷可推广的制造技术获得化学性质稳定、高效的铜基光催化剂在太阳能利用方面是一个极具吸引力的探索领域。
3.目前报道的基于lspr效应制备的贵金属基光催化剂成本较高，化学性质的稳定性也有待提高，因此本发明着眼于寻找一种成本低廉、方法可行的稳定的银基光催化剂制备技术。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种稳定的银基光催化剂：ag@g-pan/g-c3n4的制备方法，针对目前银纳米颗粒较易氧化，生产成本高等问题，实现低成本高效催化降解有机染料的目的。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种ag@g-pan/g-c3n4光催化剂的制备方法，具体步骤如下：（1）在磁力搅拌条件下混合agno3溶液、聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇溶液；（2）将步骤（1）混合物加热反应一段时间后降至室温，加入大量丙酮得到银纳米颗粒。
6.（3）将步骤（2）混合得来含有银纳米粒子的分散液离心洗涤保留下部银纳米颗粒，并将其分散于乙醇溶液中；（4）将聚丙烯腈和三聚氰胺溶解在n,n-二甲基甲酰胺溶液中；（5）将步骤（3）得到的分散液与步骤（4）得到的溶液混合后搅拌均匀；（6）对步骤（5）得到的分散液进行超声处理后离心；（7）将步骤（6）得到的溶液放于管式炉中烧结得到产物。
7.步骤（1）agno3的量为0.05g, 聚乙烯吡咯烷酮添加量为0.25g，乙二醇溶液为20ml。
8.步骤（2）混合物加热温度为135℃，升温速率为10℃/min，反应时间为2h；丙酮加入量为100ml。
9.步骤（4）中需要添加0.1g聚丙烯腈、0.005g三聚氰胺与26ml n,n-二甲基甲酰胺。
10.步骤（7）烧结过程分两阶段进行，需要先在150℃下加热30min，以使挥发性溶液挥发，后一阶段的退火温度为650℃，退火时间为2h。
11.步骤（7）烧结过程中样品的烧结气氛需要控制为ar（80%）和h2（20%）气流。
12.本发明的有益效果为：本发明利用局域表面等离激元产生的热电子，以聚丙烯腈和三聚氰胺为前驱体，通过向溶于n,n-二甲基甲酰胺中的聚丙烯腈和三聚氰胺中混合铜纳米颗粒，在低温条件下退火一段时间，便可利用g-pan与银纳米颗粒之间的相互作用，实现用g-pan选择性地完全包裹ag纳米粒子的目的。通过引入氮化碳提高了光催化剂的催化效率，可为设计新的银基材料及催化剂开辟新的机会，在废水处理、新能源产氢、复合材料、电池、非稀贵金属的利用等领域有着广阔的应用前景。
附图说明
13.图1a为本发明过程中制备出的银纳米颗粒,图b，b
1-b3为银纳米颗粒包裹了g-pan之后的sem图及能谱图，图c，c
1-c3为ag@g-pan/g-c3n4的sem图；图2为ag@g-pan/g-c3n4的场发射扫描电子显微镜图片；图3a为本发明实施例1中亚甲基蓝特征峰强度随光照时间的变化，图3b为本发明实施例1中亚甲基蓝降解过程重复3次，亚甲基蓝浓度随时间的变化。
具体实施方式
14.下面结合实施例对本发明做进一步说明，其中未详细叙述部分为本领域常规技术或公知常识。
15.实施例1一种ag@g-pan/g-c3n4光催化剂的制备方法，具体步骤如下：（1）在磁力搅拌（800r/min）条件下混合0.05gagno3溶液、0.25g聚乙烯吡咯烷酮和20ml乙二醇溶液；（2）将步骤（1）混合物在磁力搅拌（700r/min）以10℃/min的速率加热至135℃，并使反应在该温度下进行2h后，降至室温，加入100ml丙酮得到银纳米颗粒。
16.（3）将步骤（2）混合得来含有铜纳米粒子的溶液离心三次，用乙醇洗涤，保留底部铜纳米颗粒（约30mg），并将其分散于10ml乙醇溶液中；（4）将0.1g聚丙烯腈和0.005g三聚氰胺溶解在26ml n,n-二甲基甲酰胺溶液中；（5）将步骤（3）得到的分散液与步骤（4）得到的溶液混合后搅拌均匀；（6）对步骤（5）得到的溶液进行超声处理后离心；（7）将步骤（6）得到的溶液放在管式炉中烧结，控制为ar（80%）和h2（20%）气流，第一阶段需要控温150℃下加热30min，以使挥发性溶液挥发，随后第二阶段退火温度为650℃，退火时间为2h从而得到ag@g-pan/g-c3n4光催化剂，在300w氙灯全光谱照射下，经过120min的光催化降解亚甲基蓝染料才被完全降解。
17.实施例2一种ag@g-pan/g-c3n4光催化剂的制备方法，具体步骤如下：（1）在磁力搅拌（800r/min）条件下混合0.05gagno3溶液、0.25g聚乙烯吡咯烷酮和20ml乙二醇溶液；（2）将步骤（1）混合物在磁力搅拌（700r/min）以10℃/min的速率加热至135℃，并
使反应在该温度下进行2h后，降至室温，加入100ml丙酮得到银纳米颗粒。
18.（3）将步骤（2）混合得来含有铜纳米粒子的溶液离心三次，用乙醇洗涤，保留底部铜纳米颗粒（约30mg），并将其分散于10ml乙醇溶液中；（4）将0.1g聚丙烯腈溶解在26ml n,n-二甲基甲酰胺溶液中；（5）将步骤（3）得到的分散液与步骤（4）得到的溶液混合后搅拌均匀；（6）对步骤（5）得到的溶液进行超声处理后离心；（7）将步骤（6）得到的溶液放在管式炉中烧结，控制为ar（80%）和h2（20%）气流，第一阶段需要控温150℃下加热30min，以使挥发性溶液挥发，随后第二阶段退火温度为650℃，退火时间为2h从而得到ag@g-pan/g-c3n4光催化剂，在300w氙灯全光谱照射下，经过180min的光催化降解亚甲基蓝染料才被完全降解。
19.实施例3一种ag@g-pan/g-c3n4光催化剂的制备方法，具体步骤如下：（1）在磁力搅拌（800r/min）条件下混合0.05gagno3溶液、0.25g聚乙烯吡咯烷酮和20ml乙二醇溶液；（2）将步骤（1）混合物在磁力搅拌（700r/min）以10℃/min的速率加热至135℃，并使反应在该温度下进行2h后，降至室温，加入100ml丙酮得到银纳米颗粒。
20.（3）将步骤（2）混合得来含有铜纳米粒子的溶液离心三次，用乙醇洗涤，保留底部铜纳米颗粒（约30mg），并将其分散于10ml乙醇溶液中；（4）将0.2g聚丙烯腈和0.005g三聚氰胺溶解在26ml n,n-二甲基甲酰胺溶液中；（5）将步骤（3）得到的分散液与步骤（4）得到的溶液混合后搅拌均匀；（6）对步骤（5）得到的溶液进行超声处理后离心；（7）将步骤（6）得到的溶液放在管式炉中烧结，控制为ar（80%）和h2（20%）气流，第一阶段需要控温150℃下加热30min，以使挥发性溶液挥发，随后第二阶段退火温度为650℃，退火时间为2h从而得到ag@g-pan/g-c3n4光催化剂，在300w氙灯全光谱照射下，经过200min的光催化降解亚甲基蓝染料才被完全降解。
21.实施例4一种ag@g-pan/g-c3n4光催化剂的制备方法，具体步骤如下：（1）在磁力搅拌（800r/min）条件下混合0.05gagno3溶液、0.25g聚乙烯吡咯烷酮和20ml乙二醇溶液；（2）将步骤（1）混合物在磁力搅拌（700r/min）以10℃/min的速率加热至135℃，并使反应在该温度下进行2h后，降至室温，加入100ml丙酮得到银纳米颗粒。
22.（3）将步骤（2）混合得来含有铜纳米粒子的溶液离心三次，用乙醇洗涤，保留底部铜纳米颗粒（约30mg），并将其分散于10ml乙醇溶液中；（4）将0.1g聚丙烯腈和0.01g三聚氰胺溶解在26ml n,n-二甲基甲酰胺溶液中；（5）将步骤（3）得到的分散液与步骤（4）得到的溶液混合后搅拌均匀；（6）对步骤（5）得到的溶液进行超声处理后离心；（7）将步骤（6）得到的溶液放在管式炉中烧结，控制为ar（80%）和h2（20%）气流，第一阶段需要控温150℃下加热30min，以使挥发性溶液挥发，随后第二阶段退火温度为650℃，退火时间为2h从而得到ag@g-pan/g-c3n4光催化剂，在300w氙灯全光谱照射下，经过
150min的光催化降解亚甲基蓝染料才被完全降解。
23.实施例5一种ag@g-pan/g-c3n4光催化剂的制备方法，具体步骤如下：（1）在磁力搅拌（800r/min）条件下混合0.1gagno3溶液、0.5g聚乙烯吡咯烷酮和20ml乙二醇溶液；（2）将步骤（1）混合物在磁力搅拌（700r/min）以10℃/min的速率加热至135℃，并使反应在该温度下进行2h后，降至室温，加入100ml丙酮得到银纳米颗粒。
24.（3）将步骤（2）混合得来含有铜纳米粒子的溶液离心三次，用乙醇洗涤，保留底部铜纳米颗粒（约30mg），并将其分散于10ml乙醇溶液中；（4）将0.1g聚丙烯腈和0.005g三聚氰胺溶解在26ml n,n-二甲基甲酰胺溶液中；（5）将步骤（3）得到的分散液与步骤（4）得到的溶液混合后搅拌均匀；（6）对步骤（5）得到的溶液进行超声处理后离心；（7）将步骤（6）得到的溶液放在管式炉中烧结，控制为ar（80%）和h2（20%）气流，第一阶段需要控温150℃下加热30min，以使挥发性溶液挥发，随后第二阶段退火温度为650℃，退火时间为2h从而得到ag@g-pan/g-c3n4光催化剂，在300w氙灯全光谱照射下，经过160min的光催化降解亚甲基蓝染料才被完全降解。
25.综上所述，本发明提供的ag@g-pan/g-c3n4光催化剂制备方法，利用局域表面等离激元产生的热电子及其附带的载流子分离效应，提升了材料的光催化效应。g-pan/g-c3n4包裹ag纳米粒子时，ag纳米粒子和g-c3n4产生的光生电子倾向于转移到g-pan壳层结构中，导致电荷分离，有效地延长了载流子的寿命。另外催化剂良好的稳定性归功于g-pan碳层的存在，碳层包裹可以保护cu纳米粒子不被氧化，g-pan的孔洞可以提高ag纳米粒子和g-c3n4的载流子分离效果，从而大大提高了光催化剂的稳定性。本发明可为设计新的银基材料及催化剂开辟新的机会，在废水处理、新能源产氢、复合材料、电池、非稀贵金属的利用等领域有着广阔的应用前景。