CN106732719B - 一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法 - Google Patents

一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法，涉及光催化剂。所述氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法：以三聚氰胺为原料，经过煅烧，制备氮化碳纳米片；将制得的氮化碳纳米片超声分散在乙二醇中，依次加入二硫化锡前驱体和硫源，进行水热反应，自然冷却后，加水搅拌，离心洗涤，烘干后磨细成粉，即得氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂。所制备的氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂可在制备有机染料光催化降解剂、电池电极材料和光解水产氢中应用。采用的原料价格低廉，制备条件简单，容易操作和实现。能促进光生电子‐空穴对的分离，通过适当比例的掺杂和复合，降低光生电子‐空穴对的复合速率，从而展现出更高催化活性。

Description

一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及光催化剂，尤其是涉及一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法。
背景技术
光催化降解有机污染物和还原或氧化某些重金属离子，是一种环境友好且低成本的技术，对于应对日益严重的环境污染和能源危机，越来越受到人们的关注。石墨型氮化碳作为一种新型的光催化半导体，相比于目前应用最广泛的二氧化钛而言，它具有更窄的禁带宽度，因而能利用二氧化钛不能利用的占太阳光大部分能量的可见光，但是氮化碳也有和二氧化钛同样的缺点，就是光生电子‐空穴易复合，导致光催化活性不高；二硫化锡广泛应用于锂电池电极材料，对于其应用于光催化降解污染物时，虽然其量子效率高，且光生电子‐空穴不易复合，但是它有硫化物作为光催化剂共同的致命缺点—光腐蚀，这大大限制了它在光催化领域的应用。因此，开发出一种能可见光响应、光生电子‐空穴复合速率低、稳定可靠且价廉易制的光催化剂或其复合材料至关重要。
中国专利CN105562052A公开一种水热法制备多层分级结构的石墨相氮化碳/二硫化锡(g-C3N4/SnS2)纳米复合光催化剂的方法，以尿素和双氰胺为原料，在马弗炉高温煅烧，制备多孔g-C3N4，将可溶性锡盐和硫源溶解到去离子水中，同时加入制备好的多孔g-C3N4，搅拌均匀，将溶液转移到反应釜，进行水热反应，然后将产物进行抽滤、洗涤、干燥，即得到g-C3N4/SnS2纳米复合光催化剂。该方法的突出优点是操作简单、成本低，而且g-C3N4/SnS2纳米复合光催化剂的光催化效率高，可重复利用性能好。
发明内容
为解决现有技术缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的应用。
所述氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)以三聚氰胺为原料，经过煅烧，制备氮化碳纳米片；
2)将步骤1)制得的氮化碳纳米片超声分散在乙二醇中，依次加入二硫化锡前驱体和硫源，进行水热反应，自然冷却后，加水搅拌，离心洗涤，烘干后磨细成粉，即得氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂。
在步骤1)中，所述煅烧的具体操作可为：将三聚氰胺以1～10℃/min速率升温至450～550℃，煅烧1～6h，接着以同样的升温速率，升温至500～600℃继续煅烧1～6h，即得到氮化碳纳米片。
在步骤2)中，所述二硫化锡前驱体可采用无水四氯化锡、五水合四氯化锡中的至少一种；所述硫源可采用硫脲、硫代乙酰胺等中的至少一种；
所述氮化碳纳米片、无水四氯化锡、硫脲和乙二醇的配比可为(0.5～2)g:(0.05～1)mL:(0.05～1)g:(50～80)mL，其中，氮化碳纳米片、硫脲以质量计算，无水四氯化锡、乙二醇以体积计算；氮化碳、五水合四氯化锡、硫代乙酰胺和乙二醇的质量体积比例为(0.5～2)g:(0.1～1.5)g:(0.1～1.5)g:(50～100)mL；其中，氮化碳、五水合四氯化锡、硫代乙酰胺以质量计算，乙二醇以体积计算；所述水热反应的温度可为100～200℃，水热反应的时间可为1～24h；所述加水搅拌可加入10～50mL的去离子水，搅拌10～60min。
所制备的氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂可在制备有机染料光催化降解剂、电池电极材料和光解水产氢中应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明中，采用的原料价格低廉，制备条件简单，容易操作和实现，有利于此项技术的推广应用。
2)本发明中，二硫化锡量子点原位生长分布在氮化碳纳米片中并形成异质结，所制备的复合光催化剂，能促进光生电子‐空穴对的分离，通过适当比例的掺杂和复合，降低光生电子‐空穴对的复合速率，从而展现出更高催化活性。
3)本发明中，由于二硫化锡和氮化碳复合形成异质结，使得光生空穴往氮化碳转移，光生电子往二硫化锡上转移，从而抑制光腐蚀，相比于用同样方法制备的纯二硫化锡而言，寿命得到延长。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
按以下步骤制备氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂：
1)以三聚氰胺为原料，按2℃/min的升温速率升温至520℃，保温煅烧2h，接着以同样的升温速率升温至580℃，保温煅烧2h，冷却后取出，研磨成细粉，即制得石墨型氮化碳纳米片。
2)在75体积单位的乙二醇中，加入1.5质量单位的氮化碳，超声40min后，在搅拌的情况下依次加入0.95质量单位的五水四氯化锡和0.4质量单位的硫代乙酰胺，搅拌溶解，然后继续超声20min后移入水热釜，160℃反应12h。冷却后，加入20体积单位的去离子水，搅拌30min，接着离心水洗三次，醇洗一次，再在65℃烘箱中烘干，用玛瑙研钵研磨成细粉。
按下述方法测量本实施例得到的氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的光催化活性：
取0.1g催化剂加入到100mL,10mg/L的甲基橙溶液中，在暗处搅拌20min达到吸脱附平衡，用紫外分光光度计测得其吸光度，用甲基橙标准曲线转化为浓度，记为初始浓度C0，然后用400nm滤光片的氙灯下照射30min，测其吸光度，转化为浓度，记为C，降解率的计算公式为：(C0‐C)/C0×100％。
对本实施例进行光催化性能测试，得到甲基橙的降解率为91.8％。
实施例2
按以下步骤制备氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂：
1)以三聚氰胺为原料，按5℃/min的升温速率升温至500℃，保温煅烧2h，接着以同样的升温速率升温至600℃，保温煅烧2h，冷却后取出，研磨成细粉，即制得石墨型氮化碳纳米片。
2)在75体积单位的乙二醇中，加入1.5质量单位的氮化碳，超声40min后，在搅拌的情况下依次加入0.65质量单位的五水四氯化锡和0.3质量单位的硫代乙酰胺，搅拌溶解，然后继续超声20min后移入水热釜，160℃反应12h。冷却后，加入20体积单位的去离子水，搅拌30min，接着离心水洗三次，醇洗一次，再在65℃烘箱中烘干，用玛瑙研钵研磨成细粉。
按实施例1测量甲基橙降解率的方法，测本实施例制得的氮化碳/二硫化锡量子点的光催化活性，测得其对甲基橙光催化降解，降解率为87.1％。
实施例3
按以下步骤制备氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂：
1)以三聚氰胺为原料，按8℃/min的升温速率升温至520℃，保温煅烧4h，接着以同样的升温速率升温至580℃，保温煅烧2h，冷却后取出，研磨成细粉，即制得石墨型氮化碳纳米片。
2)在75体积单位的乙二醇中，加入1.5质量单位的氮化碳，超声40min后，在搅拌的情况下依次加入1.3质量单位的五水四氯化锡和0.55质量单位的硫代乙酰胺，搅拌溶解，然后继续超声20min后移入水热釜，160℃反应18h。冷却后，加入20体积单位的去离子水，搅拌30min，接着离心水洗三次，醇洗一次，再在65℃烘箱中烘干，用玛瑙研钵研磨成细粉。
按实施例1测量甲基橙降解率的方法，测本实施例制得的氮化碳/二硫化锡量子点的光催化活性，测得其对甲基橙光催化降解，降解率为84.9％。
实施例4
按以下步骤制备氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂：
1)以三聚氰胺为原料，按10℃/min的升温速率升温至500℃，保温煅烧4h，接着以同样的升温速率升温至600℃，保温煅烧2h，冷却后取出，研磨成细粉，即制得石墨型氮化碳纳米片。
2)在75体积单位的乙二醇中，加入1.5质量单位的氮化碳，超声40min后，在搅拌的情况下依次加入0.95质量单位的五水四氯化锡和0.4质量单位的硫代乙酰胺，搅拌溶解，然后继续超声20min后移入水热釜，180℃反应6h。冷却后，加入40体积单位的去离子水，搅拌60min，接着离心水洗三次，醇洗一次，再在65℃烘箱中烘干，用玛瑙研钵研磨成细粉。
按实施例1测量甲基橙降解率的方法，测本实施例制得的氮化碳/二硫化锡量子点的光催化活性，测得其对甲基橙光催化降解，降解率为83.5％。
实施例5
按以下步骤制备氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂：
1)以三聚氰胺为原料，按5℃/min的升温速率升温至520℃，保温煅烧2h，接着以同样的升温速率升温至580℃，保温煅烧2h，冷却后取出，研磨成细粉，即制得石墨型氮化碳纳米片。
2)在75体积单位的乙二醇中，加入1.5质量单位的氮化碳，超声40min后，在搅拌的情况下依次加入0.3体积单位的无水四氯化锡和0.3质量单位的硫脲，搅拌溶解，然后继续超声20min后移入水热釜，160℃反应12h。冷却后，加入20体积单位的去离子水，搅拌30min，接着离心水洗三次，醇洗一次，再在65℃烘箱中烘干，用玛瑙研钵研磨成细粉。
按实施例1测量甲基橙降解率的方法，测本实施例制得的氮化碳/二硫化锡量子点的光催化活性，测得其对甲基橙光催化降解，降解率为90.3％。
本发明先半密封煅烧三聚氰胺制得氮化碳；将氮化碳超声分散在乙二醇中；然后依次加入前驱体无水四氯化锡或五水合四氯化锡和硫源硫脲或硫代乙酰胺，搅拌溶解后，继续超声分散；接着移入带聚四氟乙烯内衬的水热釜中，油浴加热反应一定时间；待釜自然冷却至室温时，加入去离子水，搅拌后，依次离心水洗和醇洗；之后在烘箱中烘干，最后将烘干后的产物磨细即为制得的目的复合光催化剂。本发明采用的原料便宜易得，制备条件简单，容易操作和实现，制备的催化剂中二硫化锡量子点分散在氮化碳上并形成异质结，降低光生电子‐空穴对的复合速率，光催化活性比单一催化剂的高，使用寿命优于二硫化锡。

Claims (8)

1.一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)以三聚氰胺为原料，经过煅烧，制备氮化碳纳米片；
2)将步骤1)制得的氮化碳纳米片超声分散在乙二醇中，依次加入二硫化锡前驱体和硫源，进行水热反应，自然冷却后，加水搅拌，离心洗涤，烘干后磨细成粉，即得氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂；
所述二硫化锡前驱体采用无水四氯化锡、五水合四氯化锡中的至少一种；所述硫源采用硫脲、硫代乙酰胺中的至少一种；所述氮化碳纳米片、无水四氯化锡、硫脲和乙二醇的配比为(0.5～2)g:(0.05～1)mL:(0.05～1)g:(50～80)mL，其中，氮化碳纳米片、硫脲以质量计算，无水四氯化锡、乙二醇以体积计算；氮化碳、五水合四氯化锡、硫代乙酰胺和乙二醇的质量体积比例为(0.5～2)g:(0.1～1.5)g:(0.1～1.5)g:(50～100)mL；其中，氮化碳、五水合四氯化锡、硫代乙酰胺以质量计算，乙二醇以体积计算。
2.如权利要求1所述一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述煅烧的具体操作为：将三聚氰胺以1～10℃/min速率升温至450～550℃，煅烧1～6h，接着以同样的升温速率，升温至500～600℃继续煅烧1～6h，即得到氮化碳纳米片。
3.如权利要求1所述一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述水热反应的温度为100～200℃，水热反应的时间为1～24h。
4.如权利要求1所述一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述加水搅拌是加入10～50mL的去离子水，搅拌10～60min。
5.如权利要求1～4中任一项所述一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法制备的氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂。
6.如权利要求1～4中任一项所述一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法制备的氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂在制备有机染料光催化降解剂中应用。
7.如权利要求1～4中任一项所述一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法制备的氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂在制备电池电极材料中应用。
8.如权利要求1～4中任一项所述一种氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂的制备方法制备的氮化碳/二硫化锡量子点复合光催化剂在光解水产氢中应用。
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