g-C₃N₄量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法

g-C₃N₄量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种g?C3N4量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法，采用水热反应法先制备出锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒，然后将g?C3N4量子点加入到二氧化钛纳米颗粒的水热反应中，以二氧化钛纳米颗粒为基体，通过控制纳米颗粒与g?C3N4量子点的质量比，得到具有优异光催化性能的异质结复合材料。该复合材料相较于现有二氧化钛材料，具有优异的光催化性能，在光催化处理有机污染物领域具有很好的应用前景。
【专利说明】
g-G3N4量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于光催化复合材料制备技术，特别涉及一种g-C3N4量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法。【背景技术】
[0002]半导体Ti02光催化材料因其具有较高的光催化活性和无毒性而被广泛的研究，然而将其大规模应用于实际污染的治理还需要解决许多问题，其中就包括半导体Ti02光催化材料活性的提高。影响半导体Ti02光催化材料光催化活性的因素主要包括晶型、结晶度、晶体粒径、比表面积、形貌及孔结构等。异质结材料因具有特殊的能带结构和载流子特殊的输送性能，能够在反应中抑制光生电子-空穴复合，提高量子效率。
[0003]通常我们借助一些助催化剂来防止空穴的复合，在半导体和助催化剂之间形成一种异质结并产生一个内部电场，它能够加速载流子的迀移和促进光生电子空穴队的分离。 g-C3N4量子点负载Ti〇2纳米颗粒正是利用此原理。
【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种g-C3N4量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法，制备出复合光催化材料，使其具有较高的折光系数和稳定的物理化学性能，并且抗化学和光腐蚀、光催化活性较高，使Ti02光催化材料能大规模应用于实际污染的治理，用以满足解决环境问题的要求。
[0005]本发明采取以下技术方案实现上述目的。g_C3N4量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法，其特征在于，其步骤如下:1)称量商用1?2gTi02均匀分散到70?90ml氢氧化钠溶液中，搅拌均匀；2)将步骤1)产生的溶液转移到聚四氟乙烯反应釜中，并且放入烘箱中，控制温度为 110?130°C，反应时间为20?30h;3)反应结束后，冷却至室温;离心分离得到白色沉淀钛酸钠盐，并用去离子水清洗至pH 为9?11;4)将步骤3)清洗后的钛酸钠盐放入真空干燥箱中，真空干燥温度为40?80°C ;5)将干燥后的钛酸钠盐放入玛瑙研钵中研磨；6)称量上述研磨后的钛酸钠盐0.5?2g超声分散于20?50ml去离子水中；7)将步骤6)形成的钛酸钠盐溶液再次转移至反应釜并放入控制温度为180?220 °C的烘箱中，反应时间为20?30h;8)经冷却至室温后进行离心分离，形成Ti02纳米颗粒，再将Ti02纳米颗粒经40?80°C真空干燥；9)将干燥后的Ti02纳米颗粒，研磨，备用；10)称量0.25?lgTi〇2纳米颗粒于烧杯中，加入10?40ml去离子水，将g-C3N4量子点溶液缓慢滴加其中，搅拌均匀后转移至反应釜中，放入烘箱，保持温度为40?80°C，反应时间为12?36h，完成制备。
[0006] 优选地，所述步骤10)中的Ti02纳米颗粒为0.5g，去离子水为20ml，g-C3N4量子点溶液的加入量分别为0.5ml、1.0ml、1.5ml、2.0ml或2.5ml。[〇〇〇7] 优选地，所述离心分离的速度为9000r/min,离心时间为5min。[〇〇〇8]本发明通过控制水热反应的温度和时间使锐钛矿Ti02几乎为球形纳米颗粒，它们均匀地和g_C3N4量子点结合在一起，较现有二氧化钛具有更好的光催化性能，采光和传质效率增大被广泛地用于制备半导体复合纳米材料，g_C3N4量子点作为一种完美的电子传递者， 可以有效地抑制光生载流子的再结合，从而提高光催化活性。基于这些原因，把g_C3N4量子点引入Ti02球形纳米颗粒中，用于提高他们的光催化活性，同时增加材料的稳定性，使该复合材料具有优良的光催化性能，从而制备出综合性能优越的光催化材料。本实验所用药品及产品均无毒，可谓是环境友好型材料。
[0009]本发明从复合材料的角度出发，将g-C3N4量子点和Ti02球形纳米颗粒复合在一起， 制备出复合光催化材料，具有较高的折光系数和稳定的物理化学性能，并且抗化学和光腐蚀、光催化活性较高。因此，该复合材料在光解水、杀菌和制备太阳能敏化电池等方面，特别是在环境保护方面，有着广阔的应用前景。【附图说明】
[0010]图1为本发明二氧化钛纳米颗粒的SEM图；图2为本发明的实施例1-5制得的产物在模拟太阳光下用于降解50ml lOPPm的玫瑰红溶液的降解曲线图。【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，参见图1和图2,实施例1-5制得的复合物用T i 02-CNQDsX表示;X表示g-C3N4量子点溶液的体积。[0〇12]实施例1:g-C3N4量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法，其步骤如下:1)称量商用P25 2g均匀分散到80ml氢氧化钠溶液中，搅拌均匀。[〇〇13]2)将上述溶液转移到100ml聚四氟乙烯反应釜中，并且放入烘箱中，控制温度为120°(:，反应2411。[〇〇14]3)反应结束后，冷却至室温。经离心分离的速度为9000r/min，离心时间为5min得到白色沉淀钛酸钠盐，并用去离子水清洗至pH=10.54)将上述湿的钛酸钠盐放入真空干燥箱中，60 °C真空干燥，24h。
[0015]5)将干燥后的白色样品放入玛瑙研钵中研磨。
[0016]6)称量上述干燥后的样品lg分散于40ml去离子水中。[〇〇17]7)将上述溶液再次转移至50ml反应釜中，放入烘箱中控制温度为200°C，反应24h。[〇〇18]8)冷却至室温后，离心分离，将白色产物60°C真空干燥。[〇〇19]9)干燥后的样品即为Ti02纳米颗粒，将其研磨，备用。[〇〇2〇]10)称量0.5gTi02纳米颗粒于烧杯中，加入20ml去离子水，将g-C3N4量子点溶液缓慢滴加其中，搅拌均匀后转移至50ml反应釜中，放入烘箱保持温度为60°C，时间24h，完成制备。
[0021]所得产物为Ti〇2-CNQDs0.5ml，取50mg该产物在模拟太阳光下用于降解50ml lOPPm的玫瑰红溶液，120min后，降解率达98.83%。
[0022]实施例2: g-C3N4量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法，其步骤10)中加入g_ C3N4量子点溶液lml，其他步骤同实施例1。[〇〇23]所得产物为T1rCNQDsl.0ml，取50mg该产物在模拟太阳光下用于降解50mllOPPm的玫瑰红溶液，120min后，降解率达99.76%。
[0024]实施例3: g-C3N4量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法，其步骤10)中加入g_ C3N4量子点溶液1.5ml，其他步骤同实施例1。[〇〇25]所得产物为Ti02-CNQDsl.5ml，取50mg该产物在模拟太阳光下用于降解50mllOPPm的玫瑰红溶液，120min后，降解率达100%。
[0026]实施例4: g_C3N4量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法，其步骤10)中加入g_ C3N4量子点溶液2.0ml，其他步骤同实施例1。[〇〇27]所得产物为Ti02-CNQDs2.0ml，取50mg该产物在模拟太阳光下用于降解50mllOPPm的玫瑰红溶液，120min后，降解率达99.62%。
[0028]实施例5: g-C3N4量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法，其步骤10)中加入g_ C3N4量子点溶液2.5ml，其他步骤同实施例1。[〇〇29]所得产物为Ti02-CNQDs2.5ml，取50mg该产物在模拟太阳光下用于降解50mllOPPm的玫瑰红溶液，120min后，降解率达98.83%。
[0030]从上述实施例可知，不同配比的量子点溶液和Ti〇2纳米颗粒复合材料的催化效果均较理想，这都归因于，g-C3N4量子点作为电子传递者，可以有效地抑制光生载流子的再结合，从而提高光催化活性，增强了界面间的电荷转移率。
【主权项】
1.g_C3N4量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法，其特征在于，其步骤如下:1)称量商用1?2gTi02均匀分散到70?90ml氢氧化钠溶液中，搅拌均匀；2)将步骤1)产生的溶液转移到聚四氟乙烯反应釜中，并且放入烘箱中，控制温度为 110?130°C，反应时间为20?30h;3)反应结束后，冷却至室温;离心分离得到白色沉淀钛酸钠盐，并用去离子水清洗至pH 为9?11;4)将步骤3)清洗后的钛酸钠盐放入真空干燥箱中，真空干燥温度为40?80°C ;5)将干燥后的钛酸钠盐放入玛瑙研钵中研磨；6)称量上述研磨后的钛酸钠盐0.5?2g超声分散于20?50ml去离子水中；7)将步骤6)形成的钛酸钠盐溶液再次转移至反应釜并放入控制温度为180?220°C的 烘箱中，反应时间为20?30h;8)经冷却至室温后进行离心分离，形成Ti02纳米颗粒，再将Ti02纳米颗粒经40?80 °C真空干燥；9)将干燥后的Ti02纳米颗粒，研磨，备用；10)称量0.25?lgTi02纳米颗粒于烧杯中，加入10?40ml去离子水，将g-C3N4量子点溶 液缓慢滴加其中，搅拌均匀后转移至反应釜中，放入烘箱，保持温度为40?80°C，反应时间 为12?36h，完成制备。2.根据权利要求1所述的g_C3N4量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法，其特征在 于:所述步骤10冲的Ti02纳米颗粒为0.5g，去离子水为20ml，g-C3N4量子点溶液的加入量分 别为0 ? 5ml、1 ? 0ml、1 ? 5ml、2 ? 0ml或2 ? 5ml。3.根据权利要求1所述的g_C3N4量子点负载二氧化钛纳米颗粒的制备方法，其特征在 于:所述离心分离的速度为9000r/min,离心时间为5min。
【文档编号】B01J27/24GK106000440SQ201610395120
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】谢宇, 郭若彬
【申请人】南昌航空大学