CN105964279B - 具有高氧化活性碳点与硫化镍复合光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高氧化活性碳点与硫化镍复合光催化剂的制备方法，该方法经过制备碳点悬浮液、泡沫镍圆片超声波清洗、泡沫镍圆片在碳点悬浮液中超声波处理及干燥以及水热反应釜钢罐密封、保温及冷却4个步骤制得碳点与纳米硫化镍复合光催化剂。本发明公开的碳点与硫化镍复合光催化剂的制备方法制备的碳点与硫化镍复合光催化剂不仅增加了与反应物接触的表面，而且有利于回收再利用；同时，其具有强的紫外‑可见光吸收能力，展现出了强的光氧化活性。
Description
技术领域
本发明属于功能材料科学领域，具体涉及一种具有高氧化活性碳点与硫化镍复合光催化剂的制备方法。
背景技术
光催化是光催化剂在光的照射下，通过把光能转化为化学能，促进化合物的合成或使化合物降解的过程。随着全球工业化进程的不断发展，环境污染问题日益严重，环境保护和可持续发展成为人们必须考虑的首要问题。因而，借助光催化剂把太阳能转化成化学能以处理环境污染问题成为了节约能源、保护生态环境的重要技术手段。但是，目前市场上以二氧化钛为主的光催化剂仍存在对可见光利用率不高、光氧化能力不强、总光化学反应速率慢、负载活性低等问题，所以亟待开发高效率、可回收再利用的光催化剂。
发明内容
本发明的目的是解决目前以二氧化钛为主的光催化剂存在的问题，提供一种具有高氧化活性碳点与硫化镍复合光催化剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
具有高氧化活性碳点与硫化镍复合光催化剂的制备方法，采用以下步骤：
(1)将对苯二胺溶于与乙醇，对苯二胺与乙醇的重量比为1:80，随后将对苯二胺与乙醇的混合溶液放入聚四氟乙烯水热反应釜内衬中；再将聚四氟乙烯水热反应釜内衬放入钢罐内密封后置入鼓风干燥箱内加热到160-180℃，保温8-12小时，然后，在空气中冷却，制得碳点悬浮液；
(2)取直径为30mm、厚度为2-3mm、孔径为0.01-2mm、通孔率≥98％的泡沫镍圆片，先用丙酮和3mol/L的盐酸溶液超声波清洗泡沫镍圆片10-15分钟，然后再用乙醇冲洗3-5次；
(3)把泡沫镍圆片放入内径与其直径相同的烧杯中，滴加步骤(1)中制得的碳点悬浮液，直至超过泡沫镍圆片厚度1-2mm；再采用超声波超声处理30-60min，取出泡沫镍圆片将其放置在60℃的真空干燥箱内干燥15-30min；
(4)称取0.6-0.8g的硫脲置入聚四氟乙烯水热反应釜内衬里，均匀分散在底部；把经过步骤(3)干燥后的泡沫镍圆片置入同一个聚四氟乙烯水热反应釜内衬里，然后放入水热反应釜钢罐内抽真空密封，再放入真空干燥箱内加热至130-170℃保温2-5小时；保温结束后冷却至室温，即获得了泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍的复合结构光催化剂。
本发明中碳点具有优异的光生电荷转移的性质。它在电荷转移过程中既可以作受体也可以作给体，所以与其它材料杂化或复合后，它能够充当光生电荷的存储池，提高复合结构的光催化活性。硫化镍属于过渡金属硫族化物。过渡金属硫化物具有特殊的电子结构、分子结构、以及优质的光学、电学及磁学等性质，是一种重要的无机功能材料。本发明采用上述技术方案制得碳点与纳米硫化镍复合光催化剂。该碳点与硫化镍复合光催化剂因原位形成在泡沫镍的孔壁上，不仅增加了与反应物接触的表面，而且有利于回收再利用；同时，本发明制得的泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍复合光催化剂具有强的紫外-可见光吸收能力，展现出了强的光氧化活性。
附图说明
图1为泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍复合光催化剂的扫描电镜照片；
图2为碳点与纳米硫化镍复合结构的高分辨透射电镜照片；
图3为泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍复合光催化剂的紫外-可见吸收光谱；
图4为在可见光照射下，泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍复合光催化剂的活性羟基测试结果；
图5在可见光照射下，泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍复合光催化剂氧化叔丁基对苯二酚成为叔丁基对苯醌的测试结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述：
具有高氧化活性碳点与硫化镍复合光催化剂的制备方法，采用以下步骤：
(1)将对苯二胺溶于与乙醇，对苯二胺与乙醇的重量比为1:80，随后将对苯二胺与乙醇的混合溶液放入聚四氟乙烯水热反应釜内衬中；再将聚四氟乙烯水热反应釜内衬放入钢罐内密封后置入鼓风干燥箱内加热到160-180℃，保温8-12小时，然后，在空气中冷却，制得碳点悬浮液；
(2)取直径为30mm、厚度为2-3mm、孔径为0.01-2mm、通孔率≥98％的泡沫镍圆片，先用丙酮和3mol/L的盐酸溶液超声波清洗泡沫镍圆片10-15分钟，然后再用乙醇冲洗3-5次；
(3)把泡沫镍圆片放入内径与其直径相同的烧杯中，滴加步骤(1)中制得的碳点悬浮液，直至超过泡沫镍圆片厚度1-2mm；再采用超声波超声处理30-60min，取出泡沫镍圆片将其放置在60℃的真空干燥箱内干燥15-30min；
(4)称取0.6-0.8g的硫脲置入聚四氟乙烯水热反应釜内衬里，均匀分散在底部；把经过步骤(3)干燥后的泡沫镍圆片置入同一个聚四氟乙烯水热反应釜内衬里，然后放入水热反应釜钢罐内抽真空密封，再放入真空干燥箱内加热至130-170℃保温2-5小时；保温结束后冷却至室温，即获得了泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍的复合结构光催化剂。
实施例1
本实施例中具有高氧化活性碳点与硫化镍复合光催化剂的制备方法，采用以下步骤：
(1)将1g对苯二胺溶于与80g乙醇中，随后将对苯二胺与乙醇的混合溶液放入聚四氟乙烯水热反应釜内衬中；再将聚四氟乙烯水热反应釜内衬放入钢罐内密封后置入鼓风干燥箱内加热到160℃，保温8小时，然后，在空气中冷却，制得碳点悬浮液；
(2)取直径为30mm、厚度为2mm、孔径为0.01mm、通孔率为99％的泡沫镍圆片，先用丙酮和3mol/L的盐酸溶液超声波清洗泡沫镍圆片10分钟，然后再用乙醇冲洗3次；
(3)把泡沫镍圆片放入内径与其直径相同的烧杯中，滴加步骤(1)中制得的碳点悬浮液，直至超过泡沫镍圆片厚度1mm；再采用超声波超声处理30min，取出泡沫镍圆片将其放置在60℃的真空干燥箱内干燥15min；
(4)称取0.7g的硫脲置入聚四氟乙烯水热反应釜内衬里，均匀分散在底部；把经过步骤(3)干燥后的泡沫镍圆片置入同一个聚四氟乙烯水热反应釜内衬里，然后放入水热反应釜钢罐内抽真空密封，再放入真空干燥箱内加热至130℃保温2小时；保温结束后冷却至室温，即获得了泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍的复合结构光催化剂。
对上述步骤制得的碳点与纳米硫化镍的复合结构光催化剂进行测试表征。
图1为泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍复合光催化剂的扫描电镜图片。
图2为碳点与纳米硫化镍复合结构的高分辨透射电镜照片，照片表明具有不同晶面间距的碳点和硫化镍纳米晶很好地复合在了一起。
图3为泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍复合光催化剂的紫外-可见吸收光谱，光谱表明样品可吸收波长范围在200-800nm的光。
根据现有的光催化机理可知，光催化剂的氧化活性与其光照下产生的活性羟基数量直接相关。因为活性羟基与对苯二甲酸反应能够形成二羟基对苯二甲酸，此产物在315nm波长激发下而出现420nm的发光峰，所以常用测试420nm处发光强度(I)的高低反映光催化剂的光氧化能力。
图4是在可见光照射下，泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍复合光催化剂的活性羟基测试结果，表明样品产生的活性羟基数量随着光照时间成线性增加。
图5在可见光照射下，泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍复合光催化剂氧化叔丁基对苯二酚成为叔丁基对苯醌的测试结果，表明叔丁基对苯二酚的含量随着光照时间的增加而逐渐降低，而叔丁基对苯醌的含量随着光照时间逐渐增加。
实施例2
本实施例中具有高氧化活性碳点与硫化镍复合光催化剂的制备方法，采用以下步骤：
(1)将2g对苯二胺溶于与160g乙醇中，随后将对苯二胺与乙醇的混合溶液放入聚四氟乙烯水热反应釜内衬中；再将聚四氟乙烯水热反应釜内衬放入钢罐内密封后置入鼓风干燥箱内加热到180℃，保温12小时，然后，在空气中冷却，制得碳点悬浮液；
(2)取直径为30mm、厚度为3mm、孔径为2mm、通孔率98％的泡沫镍圆片，先用丙酮和3mol/L的盐酸溶液超声波清洗泡沫镍圆片15分钟，然后再用乙醇冲洗5次；
(3)把泡沫镍圆片放入内径与其直径相同的烧杯中，滴加步骤(1)中制得的碳点悬浮液，直至超过泡沫镍圆片厚度2mm；再采用超声波超声处理60min，取出泡沫镍圆片将其放置在60℃的真空干燥箱内干燥30min；
(4)称取0.6g的硫脲置入聚四氟乙烯水热反应釜内衬里，均匀分散在底部；把经过步骤(3)干燥后的泡沫镍圆片置入同一个聚四氟乙烯水热反应釜内衬里，然后放入水热反应釜钢罐内抽真空密封，再放入真空干燥箱内加热至170℃保温5小时；保温结束后冷却至室温，即获得了泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍的复合结构光催化剂。
实施例3
本实施例中具有高氧化活性碳点与硫化镍复合光催化剂的制备方法，采用以下步骤：
(1)将1g对苯二胺溶于与80g乙醇中，随后将对苯二胺与乙醇的混合溶液放入聚四氟乙烯水热反应釜内衬中；再将聚四氟乙烯水热反应釜内衬放入钢罐内密封后置入鼓风干燥箱内加热到170℃，保温10小时，然后，在空气中冷却，制得碳点悬浮液；
(2)取直径为30mm、厚度为2mm、孔径为1mm、通孔率98％的泡沫镍圆片，先用丙酮和3mol/L的盐酸溶液超声波清洗泡沫镍圆片13分钟，然后再用乙醇冲洗4次；
(3)把泡沫镍圆片放入内径与其直径相同的烧杯中，滴加步骤(1)中制得的碳点悬浮液，直至超过泡沫镍圆片厚度1mm；再采用超声波超声处理50min，取出泡沫镍圆片将其放置在60℃的真空干燥箱内干燥20min；
(4)称取0.8g的硫脲置入聚四氟乙烯水热反应釜内衬里，均匀分散在底部；把经过步骤(3)干燥后的泡沫镍圆片置入同一个聚四氟乙烯水热反应釜内衬里，然后放入水热反应釜钢罐内抽真空密封，再放入真空干燥箱内加热至150℃保温4小时；保温结束后冷却至室温，即获得了泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍的复合结构光催化剂。
Claims (1)
1.具有高氧化活性碳点与硫化镍复合光催化剂的制备方法，其特征在于：采用以下步骤：
(1)将对苯二胺溶于与乙醇，对苯二胺与乙醇的重量比为1:80，随后将对苯二胺与乙醇的混合溶液放入聚四氟乙烯水热反应釜内衬中；再将聚四氟乙烯水热反应釜内衬放入钢罐内密封后置入鼓风干燥箱内加热到160-180℃，保温8-12小时，然后，在空气中冷却，制得碳点悬浮液；
(2)取直径为30mm、厚度为2-3mm、孔径为0.01-2mm、通孔率≥98％的泡沫镍圆片，先用丙酮和3mol/L的盐酸溶液超声波清洗泡沫镍圆片10-15分钟，然后再用乙醇冲洗3-5次；
(3)把泡沫镍圆片放入内径与其直径相同的烧杯中，滴加步骤(1)中制得的碳点悬浮液，直至超过泡沫镍圆片厚度1-2mm；再采用超声波超声处理30-60min，取出泡沫镍圆片将其放置在60℃的真空干燥箱内干燥15-30min；
(4)称取0.6-0.8g的硫脲置入聚四氟乙烯水热反应釜内衬里，均匀分散在底部；把经过步骤(3)干燥后的泡沫镍圆片置入同一个聚四氟乙烯水热反应釜内衬里，然后放入水热反应釜钢罐内抽真空密封，再放入真空干燥箱内加热至130-170℃保温2-5小时；保温结束后冷却至室温，即获得了泡沫镍支撑的碳点与纳米硫化镍的复合结构光催化剂。
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