CN111939964A - Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用 - Google Patents
Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111939964A CN111939964A CN202010946671.2A CN202010946671A CN111939964A CN 111939964 A CN111939964 A CN 111939964A CN 202010946671 A CN202010946671 A CN 202010946671A CN 111939964 A CN111939964 A CN 111939964A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tio
- mixed solution
- carbon nitride
- preparation
- photocatalytic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 84
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 46
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 185
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 67
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 37
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 45
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 41
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 31
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 30
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 19
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 19
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 18
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 10
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 8
- YZDZYSPAJSPJQJ-UHFFFAOYSA-N samarium(3+);trinitrate Chemical compound [Sm+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YZDZYSPAJSPJQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims description 7
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 6
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 5
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 claims description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 claims description 4
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 3
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 28
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 26
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 25
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 24
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 18
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 17
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 14
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 13
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 13
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 11
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 11
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 6
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 5
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 2
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012822 chemical development Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- -1 etc. Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012847 fine chemical Substances 0.000 description 1
- 238000001506 fluorescence spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 125000000325 methylidene group Chemical group [H]C([H])=* 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000002060 nanoflake Substances 0.000 description 1
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910000108 silver(I,III) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002211 ultraviolet spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/40—Organic compounds containing sulfur
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开Sm‑TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，(1)g‑C3N4的制备；(2)Sm‑TiO2的制备；(3)Sm‑TiO2/g‑C3N4的制备。氮化碳因其良好的导电性而在光催化材料领域备受关注，其具有柔软的层状结构、较窄的带隙宽度和较大的表面积故易被可见光激发，显现出较强的催化活性。TiO2则是由于其稳定的性能而被广泛研究，对于提高TiO2的光催化性能，通常采用掺杂金属离子或与氮化碳掺杂形成异质结体系来提高TiO2的性能。
Description
技术领域
本发明涉及光催化材料的制备及应用技术领域。具体地说是Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用。
背景技术
近年来，在工业化蓬勃发展的同时，由于工业废弃物的大量排放，对自然环境造成了较大的污染。人们的目光开始移向可持续循环利用的清洁能源，所以利用可见光对污染物进行降解成为了人们研究的重点，光催化技术由于其环保性和可持续性一向受到广泛的关注。石墨相氮化碳(g-C3N4)是1922年首次被提出并定义，但由于其自身化学性质不活泼并且溶解性较差导致其结构无法明确，直到二十世纪九十年代才再一次被人们重视。石墨相氮化碳被广泛应用是由于其具有柔软的层状结构和较强的催化活性，有较窄的带隙和较大的表面积故易被可见光激发，且可与多种半导体复合，并且相比于单一的金属催化剂，它具有成本低、环保、无毒和稳定性较高等优点，但同时g-C3N4光生载流子复合率过高的缺点也大大降低了它的应用范围。目前李俊叶等人通过掺杂半导体材料TiO2使其与g-C3N4形成异质结体系改变g-C3N4的形貌。倪嘉鑫等人将半导体材料TiO2与g-C3N4掺杂，提高g-C3N4的光催化性能。这说明异质结体系的构建是有效地解决光生电子－空穴复合率过高的途径，同时观其结果也说明了TiO2与g-C3N4构建异质结体系仍不能充分改善光生电子－空穴的复合[3]。
自1972年至今，二氧化钛(TiO2)一直是人们研究的重点，半导体材料作为一种光催化剂，能够高效地利用可见光来降解传统途径难以降解的污染物。半导体材料包括ZnO、MoS、Ag2O等，而二氧化钛由于其无毒、较高的热稳定性和较大的表面积等良好的性能而受到重视，但其带隙较宽(3.2eV)，使其只在紫外光下激发，所以如何降低二氧化钛的带隙宽度成为重点。近年来，已经提出了各种策略，其中，金属掺杂作为一种能够有效提升光催化性能的途径脱颖而出，例如掺杂一定量的金属以减少光生电子-空穴对的产生或改变形态进行结构调节以缩小带隙，张文治等人在CTAB的作用下将TiO2与ZnO复合改善TiO2的光催化性能。对于g-C3N4和TiO2来说，快速电子空穴重组是一个关键性的问题，电子-空穴重组会降低催化剂对可见光的利用率，并减少用于清除污染物的活性自由基的生成率。
为了降低可见光激发电子－空穴重组，目前已经采用了各种策略，比较常见的是将其与其他半导体，如金属离子掺杂，用另一种半导体或金属颗粒装饰半导体形成异质结，费米位置的不同导致半导体和金属之间或两者之间的水平半导体将产生作用于电子-空穴分离的驱动力，可加快光生电子-空穴的分离和传递电荷的速度，延长光生电子的寿命，提升光催化剂对可见光的利用率，提高复合材料的光催化性能。
目前制备光催化材料的方法大多是以TiO2为主体，加入一定量的金属和氮化碳，合成方法一般包含溶胶凝胶法、溶剂热法和水解法等等，但制备步骤繁琐、制备过程中产生气体易对环境造成污染。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种明显降低光生电子-空穴的复合率、光催化性能良好的Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
Sm-TiO2氮化碳的制备，包括如下步骤：
(1)g-C3N4的制备；
(2)Sm-TiO2的制备；
(3)Sm-TiO2/g-C3N4的制备。
上述Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，在步骤(1)中：通过高温煅烧三聚氰胺制备g-C3N4，称取20g三聚氰胺置于坩埚内，将坩埚置于管式炉内以5℃/min的升温速度升温至550℃，并在550℃的温度下保持3h后自然冷却至室温，取出得黄色固体样品，充分研磨30min后，即为g-C3N4样品，保存备用。
上述Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，在步骤(2)中，采用溶剂热法和高温煅烧法制备Sm-TiO2，
(2-1)混合A液制备：取5mL钛酸四丁酯溶液、20mL无水乙醇、20mL冰乙酸置于烧杯中，磁力搅拌30min后作为混合A液；
(2-2)混合B液制备：称取0.05g十六烷基三甲基溴化铵CTAB固体样品于烧杯中，并加入5mL水、20mL无水乙醇和硝酸钐溶液，磁力搅拌至固体融化消失，作为混合B液待用；
(2-3)混合A液与混合B液混合煅烧：将混合B液逐滴缓慢地加入混合A液中，同时加快混合A液磁力搅拌速度，待混合B液加完后，再继续保持高速搅拌两分钟使混合A、混合B两液完全混合，待混合A、混合B液混合后置于超声清洗仪中超声分散30min，确保溶液混合均匀；
将混合溶液移入反应釜中，置于真空干燥箱内，在一定温度下进行水热反应，待冷却后取出溶液并用离心机将沉淀与清液分离，在转速为5000r/min的条件下离心15min，离心后除去上层清液，将所得沉淀分别用去离子水和无水乙醇轮流清洗三次，每次保留下层沉淀，最后将制备的样品置于烘箱内于70℃下烘干12h结晶，得纯白色TiO2晶体；
取出适量的所得纯白色TiO2晶体，经充分物理研磨20min后，移入封闭式坩埚中，将洁净无水的坩埚置于管式炉内以5℃/min升温至500℃后保持该温度3h，降至室温后取出研磨，所得固体即为Sm-TiO2晶体。
上述Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，在步骤(2-2)中，硝酸钐溶液的加入量，使得Sm在Sm-TiO2晶体中的掺杂量为wt0.5％-wt7％。
上述Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，在步骤(2-3)中，水热反应的反应条件为：反应温度为80～160℃，反应时间为6-14h。
上述Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，在步骤(3)中，通过高温煅烧法制备Sm-TiO2/g-C3N4光催化材料：取煅烧后的Sm-TiO2晶体和g-C3N4晶体，按1:1比例混合，物理研磨20min后，使得Sm-TiO2晶体和g-C3N4晶体充分混合均匀，将充分混合后的材料移入干燥、洁净的封闭型磁舟中，保证材料在坩埚中平整，将坩埚放在管式炉内以5℃/min升温到500℃后煅烧3h，冷却至常温后取出研磨，所得固体即为Sm-TiO2/g-C3N4，将固体适当研磨后保存备用。
上述Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，在步骤(2-2)中，Sm在Sm-TiO2晶体中的掺杂量为wt5％。
上述Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，在步骤(2-3)中，水热反应的反应条件为：反应温度为140℃，反应时间为12h。
上述制备的Sm-TiO2氮化碳在光催化性能的应用。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
氮化碳因其良好的导电性而在光催化材料领域备受关注，其具有柔软的层状结构、较窄的带隙宽度和较大的表面积故易被可见光激发，显现出较强的催化活性。TiO2则是由于其稳定的性能而被广泛研究，对于提高TiO2的光催化性能，通常采用掺杂金属离子或与氮化碳掺杂形成异质结体系来提高TiO2的性能。根据表征及光催化结果可以得出以下结论：
(1)TiO2/g-C3N4的光催化性能优于单纯的g-C3N4或TiO2是由于异质结体系的形成。经过水热合成法和高温煅烧法使TiO2均匀的生长于氮化碳的表面而非内部结构，不会改变氮化碳本身的光催化性能。异质结体系构建成功后，会加速表面电荷电子的流动，使光生电子通过氮化碳本身的载流子通道快速移向TiO2，有效降低电子-空穴的复合率，从而达到增加光生电子寿命的目的，这就代表着催化剂的光催化性能得到提升。
(2)Sm-TiO2的光催化性能优于单纯的TiO2的原因在于稀土金属的加入会使TiO2的禁带带隙变窄，有利于光生电子的生成并且抑制光电子-空穴的复合。稀土金属Sm的3d能级位于二氧化钛的禁带中，这就形成了掺杂能级，掺杂能级的出现使得二氧化钛的带隙变窄，对光的吸收也趋向于可见光，TiO2吸收波长发生红移，也就提高了TiO2在可见光区对光的吸收能力，所以Sm-TiO2的光催化性能较优。
(3)Sm-TiO2/g-C3N4材料的光催化性能最佳是因为基于氮化碳本身优异的电荷电子流动能力以及其本身性质“质软”，易于改变形貌，可与多种半导体复合，与Sm-TiO2复合后可大大提升材料的的光催化性能，使材料的吸收波长发生红移，提高对可见光的光利用率。
附图说明
图1TiO2、g-C3N4、Sm-TiO2、g-C3N4-TiO2和Sm-TiO2/g-C3N4的XRD表征图谱；
图2TiO2、g-C3N4、Sm-TiO2和Sm-TiO2/g-C3N4的PL表征图；
图3(a)(5％)Sm-TiO2/g-C3N4复合光催化材料的透射电镜图(放大100纳米)；
图3(b)(5％)Sm-TiO2/g-C3N4复合光催化材料的透射电镜图(放大10纳米)；
图3(c)(5％)Sm-TiO2/g-C3N4复合光催化材料的中的Sm元素分布图；
图3(d)(5％)Sm-TiO2/g-C3N4复合光催化材料的中的Ti元素分布图；
图3(e)(5％)Sm-TiO2/g-C3N4复合光催化材料的中的N元素分布图；
图3(f)(5％)Sm-TiO2/g-C3N4复合光催化材料的中的C元素分布图；
图3(g)(5％)Sm-TiO2/g-C3N4复合光催化材料的中的O元素分布图；
图4TiO2、g-C3N4、Sm-TiO2、g-C3N4-TiO2和Sm-TiO2/g-C3N4的紫外谱图；
图5(a)(5％)Sm-TiO2/g-C3N4复合光催化材料的中Ti2p，O1s，C1s，N1s和Sm3d的XPS分布图
图5(b)C1sXPS谱图；
图5(c)O1sXPS谱图；
图5(d)N1s的XPS光谱；
图5(e)Sm3d的XPS光谱；
图5(f)Ti2p的XPS光谱；
图6水热时间对(5％)Sm-TiO2/g-C3N4复合光催化材料的光催化活性的影响；
图7水热温度对(5％)Sm-TiO2/g-C3N4复合光催化材料的光催化性能的影响
图8不同金属掺杂比对Sm-TiO2/g-C3N4复合光催化材料的光催化性能的影响
图9(a)不同光催化剂对亚甲基蓝溶液的降解(纵坐标为C/C0)；
图9(b)不同光催化剂对亚甲基蓝溶液的降解(纵坐标为ln(C0/C))。
具体实施方式
第一部分Sm-TiO2氮化碳的制备
1、实验部分
1.1、仪器与试剂
1.1.1、实验试剂
实验所用试剂及原料(分析纯)见表2-1。
表2-1实验原料和试剂
| 实验原料和试剂 | 纯度 | 厂家 |
| 三聚氰胺 | 分析纯 | 上海市阿拉丁生化科技有限公司 |
| 硝酸钐 | 分析纯 | 上海市阿拉丁生化科技有限公司 |
| 钛酸四丁酯 | 分析纯 | 上海市阿拉丁生化科技有限公司 |
| 无水乙醇 | ≧98％ | 天津市北联精细化学品开发有限公司 |
| 冰乙酸 | 分析纯 | 天津市致远化学试剂科技有限公司 |
| 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) | 分析纯 | 山东西亚化学工业有限公司 |
1.1.2、实验仪器
实验所用仪器见表2-2。
表2-2实验仪器
| 设备名称 | 型号 | 生产厂家 |
| 磁力加热搅拌器 | DF-101S | 金坛市医疗仪器厂 |
| 管式炉 | BTF-1200C | 安徽贝意克设备技术有限公司 |
| 台式低速离心机 | XL5A | 湖南湘立科学仪器有限公司 |
| 设备名称 | 型号 | 生产厂家 |
| 电子分析天平 | PL303 | 梅特勒－托利多仪器厂 |
| 超声波清洗器 | KQ400KDE | 昆山市超声仪器有限公司 |
| 长弧氙灯 | GXZ500 | 上海季光特种照明电器厂 |
| 电热恒温鼓风干燥箱 | GZX－9140MBE | 上海博讯实业有限公司 |
| 紫外可见分光光度计 | UH 4150 | 日本日立公司 |
| X射线衍射仪(XRD) | D8 Advance | 德国Bruker公司 |
| X射线光电子能谱仪(XPS) | ESCALAB 250 | 美国赛默飞世尔科技公司 |
| 透射电子显微镜 | Tcnai G2F20 | 美国FEI公司 |
| 全功能型稳态/瞬态荧光光谱仪(PL) | FLs980 | 美国爱丁堡公司 |
2、Sm-TiO2氮化碳的制备
2.1、g-C3N4的制备
通过高温煅烧三聚氰胺制备g-C3N4，称取20g三聚氰胺置于坩埚内，将坩埚置于管式炉内以5℃/min的升温速度升温至550℃，并在550℃的温度下保持3h后自然冷却至室温，取出得黄色固体样品，充分研磨30min后，即为g-C3N4样品，保存备用
2.2、Sm-TiO2的制备
采用溶剂热法和高温煅烧法制备Sm-TiO2：
混合A液制备：取5mL钛酸四丁酯溶液、20mL无水乙醇、20mL冰乙酸置于烧杯中，磁力搅拌30min后作为混合A液；制备过程中要小心钛酸四丁酯遇水形成白色浑浊物；
混合B液制备：称取0.05g十六烷基三甲基溴化铵CTAB固体样品于烧杯中，并加入5mL水、20mL无水乙醇和硝酸钐溶液，磁力搅拌至固体融化消失，作为混合B液待用；其中，硝酸钐溶液的加入量，使得Sm在Sm-TiO2晶体中的掺杂量为wt0.5％-wt7％。
混合A液与混合B液混合煅烧：将混合B液逐滴缓慢地加入混合A液中，同时加快混合A液磁力搅拌速度，待混合B液加完后，再继续保持高速搅拌两分钟使混合A、混合B两液完全混合，待混合A、混合B液混合后置于超声清洗仪中超声分散30min，确保溶液混合均匀；
将混合溶液移入反应釜中，置于真空干燥箱内，于80～160℃下进行水热反应6-14h后取出，待冷却后取出溶液并用离心机将沉淀与清液分离，在转速为5000r/min的条件下离心15min，离心后除去上层清液，将所得沉淀分别用去离子水和无水乙醇轮流清洗三次，每次保留下层沉淀，最后将制备的样品置于烘箱内于70℃下烘干12h结晶，得纯白色TiO2晶体；
取出适量的所得纯白色TiO2晶体，经充分物理研磨20min后，移入封闭式坩埚中，将洁净无水的坩埚置于管式炉内以5℃/min升温至500℃后保持该温度3h，降至室温后取出研磨，所得固体即为Sm-TiO2晶体，，将固体适当研磨后保存备用。
TiO2的制备是混合B液中不加入硝酸钐溶液，其余操作流程同上。
2.3、Sm-TiO2/g-C3N4的制备
通过高温煅烧法制备Sm-TiO2/g-C3N4光催化材料：取煅烧后的Sm-TiO2晶体和g-C3N4晶体，按1:1比例混合，物理研磨20min后，使得Sm-TiO2晶体和g-C3N4晶体充分混合均匀，将充分混合后的材料移入干燥、洁净的封闭型磁舟中，保证材料在坩埚中平整，将坩埚放在管式炉内以5℃/min升温到500℃后煅烧3h，冷却至常温后取出研磨，所得固体即为Sm-TiO2/g-C3N4，将固体适当研磨后保存备用。
第二部分测试与表征
2.1、XRD表征：用XRD(辐射源Cu Kα,λ＝0.15418nm，扫描范围2θ＝5-80°)对光催化剂进行物相和晶体结构分析。
XRD通常用来根据谱图对光催化剂作晶体结构和物相分析。图1为g-C3N4、TiO2、Sm-TiO2(5％)、TiO2-g-C3N4以及(5％)Sm-TiO2/g-C3N4的X射线衍射谱图。
从图1中可得，纯g-C3N4在26.9°有一个吸收峰，代表着g-C3N4的(002)晶面，该峰可归因于特性共轭芳族C-N单元的层间堆叠。纯二氧化钛纳米晶体样品显示出明显的锐钛矿结构并展示出一系列清晰明了的特征峰，表明其具有良好的晶型，衍射峰(2θ)分别为24.3°，37.8°，47.9°，54.3°，62.1°，69.3°和74.9°对应于(101)，(004)，(200)，(211)(204)，(220)和(215)，2θ为24.3°时没有其他的相，说明成功合成了高纯度的锐钛矿型TiO2相。
在g-C3N4和TiO2的复合材料中都观察到了g-C3N4和TiO2的特征衍射峰，这表明g-C3N4和TiO2被有效的复合了。观察到g-C3N4/TiO2得异质结复合体系中也同样含有TiO2得锐钛矿晶型结构，并且可以观察到在衍射角2θ为27.3°处，特征峰的峰值有明显增加，但是其他的TiO2的锐钛矿晶型结构的峰的位置、强度并没有改变，这证明g-C3N4的加入并不会改变TiO2颗粒的晶型结构。与此同时，观察g-C3N4/TiO2的吸收峰，可以知道完全由g-C3N4和TiO2的特征峰组成，这表明TiO2颗粒是均匀生长在氮化碳的表面，并没有改变或生长于氮化碳的内部结构中。在图中还可以观察到g-C3N4-TiO2和Sm-TiO2/g-C3N4的26.9°(002)特征峰不清楚，这可能是由于TiO2峰值附近的屏蔽效应较强导致。观察到Sm-TiO2/g-C3N4和Sm-TiO2的24.3°(101)、37.8°(004)、47.9°(200)、54.3°(211)、62.1°(204)、69.3°(220)和74.9°(215)峰值较g/C3N4-TiO2和TiO2均有所降低，这可能是由于金属Sm的加入，金属Sm峰值附近的屏蔽效应较TiO2更强导致峰值降低。
2.2、荧光光谱分析(PL)：
用PL对材料进行组分的定性及定量分析。对于光催化剂，较低的光谱强度代表着较好的电荷分离效率。
对于复合材料来说，异质结体系的构建对于提高光生载流子的作用时间是具有积极意义的，可以很大程度提高催化剂的催化反应效率。由图2可知，Sm-TiO2光谱强度低于单一半导体，具有一定能级的材料与半导体材料(TiO2)形成包裹g-C3N4的壳，表明光生电子被转移，使其难以进一步降低Sm-TiO2催化剂的光谱强度。对于Sm-TiO2/g-C3N4催化剂表现出最低的PL光谱，这说明异质结的形成可以减少光生电子空穴对的复合率并延长了光电子的作用时间，有利于增强复合材料的光催化性能，表明此时稀土金属Sm的掺杂与异质结的协同作用加强了对光生电子-空穴生成的抑制作用，证明金属Sm的加入对提高复合材料的催化活性具有积极意义，可以通过优化金属Sm的含量获得最低的发射峰强度并达到预期效果。
2.3、透射电镜分析(TEM)
TEM常常用于观察样品的精细结构和微观形貌。如图3(a)所示，纯氮化碳纳米晶体表现为层状，且具有经典的褶皱层，而这些褶皱层是由多层纳米薄片堆叠形成的。在图3(a)中，TiO2纳米晶体未出现团聚现象，这是由于氮化碳纳米晶体的加入，形成了TiO2/g-C3N4异质结复合体系，TiO2纳米晶体生长在氮化碳晶体上并与之紧密结合，均匀分散，有效提高其光催化性能。如图3(b)所示，TiO2的晶格常数为0.351nm，g-C3N4为0.34nm，方向不同的晶格紧密结合，形貌致密，且结构清晰，颗粒空间被g-C3N4纳米片填充，证明TiO2和g-C3N4完全复合在一起。图3(a)和3(b)中均可观察到清晰的边界，这证明材料的结晶性能较优。
图3(c)-3(g)是(5％)Sm-TiO2/g-C3N4复合光催化材料样品中的Sm、Ti、N、C和O的元素分布图。元素Sm、Ti和O均匀的分散在g-C3N4上，材料元素分布均匀，无聚集情况的发生，表明Sm-TiO2/g-C3N4光催化剂的形成并且具有良好的结晶性以及光催化性能。
2.4、UV-Vis DRS分析
利用UV-Vis DRS对催化剂的光学性能进行表征分析。
由图4可见，Sm-TiO2的吸收波长大概为418nm，它的吸收带边为420nm。相较于TiO2催化剂，在进行掺杂金属后，样品的光吸收带均有一定程度的红移，而光吸收带的红移对于样品的光催化性能是有积极意义的。结合谱图可以观察到，掺杂稀土金属Sm以后复合材料的吸收带均发生红移，这是由于Sm3+的3d电子会发生电荷转移使得电子跃迁到TiO2的导带上。杂质能级位于禁带中，发生跃迁时分成两步，杂质能级所需能量较低，所以电荷先跃迁到杂质能级上，而后吸收入射光的能量跃迁到导带，故Sm3+的加入降低了掺杂能级中的电子被激发所需的入射光能量，复合材料的吸收波长均发生红移，对可见光响应范围有所增加。相较于单纯的TiO2，包括氮化碳在内的其它复合材料在可见光区域也具有一定程度的吸收，g-C3N4的光吸收带从紫外光扩展到可见光区域，在250nm-450nm之间的光有较强烈的吸收。TiO2-g-C3N4的峰约为350nm，表明TiO2和g-C3N4形成了异质结，可以有效抑制光生电子-空穴的生成，而Sm的加入会加强这种效应，延长光载流子的使用寿命，明显提升电子的迁移能力。Sm-TiO2/g-C3N4复合样品在400-550nm出现强吸收峰，这是因为将纳米粒子引入TiO2表面会影响纳米粒子表面等离子体对Sm的共振效应以及形成的异质结的协同作用导致的，故观察吸收曲线复合样品表现出强烈的光吸收，吸收边缘延伸至545nm。值得注意的是，颗粒的沉积会改变催化剂复合物的吸光能力，对于复合样品，金属过多会导致纳米粒子聚集在TiO2的表面上，从而减弱光吸收,降低材料的光催化性能。
2.5、XPS分析
通过XPS对样品的表面元素和元素组成进行定性分析。
如图5(a)显示了Ti2p，O1s，C1s，N1s和Sm3d的XPS分布图，证明样品中含有O、Ti、N、C和Sm元素。
图5(b)显示了高分辨率的C谱，由于C元素的来源主要是来自g-C3N4，因此强度特征信号峰值的变化也随g-C3N4的含量而同步变化。图5(b)中的Sm-TiO2/g-C3N4催化剂的C1sXPS光谱元素C峰为284.8eV、286.5eV和288.5eV，峰值284.8eV归因于碳的表面杂质C＝C键，而峰值286.5eV和288.5eV归因于C-C(sp2)和C-N＝N(sp2)。
图5(c)显示了O1sXPS谱图的是TiO2和Sm-TiO2催化剂。峰值529.2eV和530.7eV归因于TiO2纳米晶体表面上的O-键。
图5(d)为N1s的XPS光谱，g-C3N4催化剂主要分解为三个峰，特征峰在398.7eV处证明C＝N-功能的sp2杂化氮，在400.6eV和403.2eV证明N-(C)3叔氮。随着g-C3N4含量的增加和强度增加，N-(C)3和C＝N-峰的值略有增加，表明g-C3N4的厚度增加。
图5(e)显示了典型的Sm3dXPS曲线，其中1082.1eV和1105.6eV处的峰值归因于Sm3d5/2和Sm3d1/2。这表明样品中存在Sm3+形式的Sm离子。
如图5(f)所示，纯TiO2纳米晶体显示Ti2pXPS峰位于458.2eV和464.0eV、4557.9eV、462.9eV，归因于Ti4+的Ti2p1/2和Ti2p3/2结合能。
第三部分、光催化活性
g-C3N4、TiO2、Sm-TiO2(5％)、TiO2-g-C3N4以及Sm-TiO2/g-C3N4的光催化活性通过亚甲基蓝的降解来确定x％Sm-TiO2/g-C3N4催化剂。
可见光源为氙灯(500W)。将10mg的光催化剂加入50ml的MB溶液(20mg/L)中，然后将混和后的溶液在避光条件下搅拌30min，使溶液中的材料颗粒与MB分子之间达到吸附和解吸的平衡，取5ml混合液保存待用，之后将剩余溶液在可见光下照射溶液120min，每个样品完全降解，每隔15min取出5ml悬浮液，于台式离心机内以5000r/min的转速离心10min，取出测量吸光度。
对光催化剂进行制备，初步选择水热条件为：真空干燥箱120℃下反应10h，金属掺杂量按3％的金属掺杂比进行实验。
首先，研究了水热反应时间对材料催化活性的影响。在水热温度为120℃且金属掺杂比为3％的基础上，制备了水热反应时间从6h到14h(间隔为2h)的一系列Sm-TiO2光催化剂，在经过真空干燥12h后待样品结晶，与经过高温短煅烧的氮化碳经过充分的物理研磨后混合在一起，再次置于管式炉内高温煅烧后得到不同水热反应时间的一系列光催化剂。
将不同水热反应时间的材料进行光催化反应，通过对比MB溶液的不同降解程度，选出最优的水热反应时间，光催化结果如图6。
从图6中可以看出水热反应时间为12h的光催化材料在可见光下对亚甲基蓝的降解效率最高，这是由于水热时间的过短，反应物未反应完全(如钛酸四丁酯)，还有大量存于水热反应釜内，并且反应时间越短，未反应完全的反应物越多，且部分反应物无法完全分离除去，而这些未完全反应的反应物，会大大降低光催化材料的光催化性能。同样的当水热反应时间过长时，可能会生成部分其他产物，这同样会降低光催化材料的光催化性能。
在确定了水热反应最佳时间为12h后，下一步对水热反应的温度进行研究。制备了水热反应时间为12h，但反应温度为80～160℃(间隔20℃)的光催化剂，同样在真空干燥箱干燥结晶12h，后与经过高温煅烧的氮化碳经过充分的物理研磨后混合在一起，再次置于管式炉内高温煅烧后得到不同水热反应温度的一系列光催化材料。通过对亚甲基蓝溶液的降解程度的对比，筛选出在水热反应时间为12h条件下的最佳水热反应温度，光催化结果如图7所示。
观察MB溶液降解曲线可知，水热反应温度为140℃时，光催化材料的光催化性能最佳，这是由于水热反应的温度对光催化材料的晶型有极大影响。水热反应温度过低时，TiO2纳米棒基本不会生长，TiO2生成减少会造成产物Sm-TiO2生成量的减少。一般来说，水热反应温度为140℃时，微球才会长大裂开并在表面显示出TiO2的纳米棒，故较低的水热反应温度会降低光催化材料的性能。当水热反应温度过高时，反应速率加快，将会导致反应的初期生成过多的晶粒，但与此同时反应时间有限，过多的晶粒不能在有限的时间里发育完全，并且过高的反应温度也会导致部分金属离子发生了氧化还原反应，这些都会大大降低材料的光催化性能。
在确定水热反应的时间和温度后，对金属的掺杂量进行了筛选，制备了金属掺杂比分别为0.5％、1％、3％、5％和7％的光催化材料。同样在干燥结晶后，通过物理研磨的方式将Sm-TiO2与氮化碳相混合，再经过高温煅烧的方式使之紧密结合在一起。通过对比MB溶液的降解，得到图8，对图8进行分析筛选出最优的金属掺杂比。
如图8所示，当金属掺杂比为5％时，光催化材料对MB溶液的降解程度最高。金属的掺杂浓度一般选用较小浓度，这时掺杂离子可以作为空穴或电子的浅势俘获肼，可以有效地抑制电子-空穴的复合，相对过高或过低的金属掺杂浓度都会降低光催化材料的性能。当金属掺杂浓度过高时，电子与空穴的复合将不会得到有效的抑制，这是由于过高的金属含量，会直接在TiO2的表面上达到饱和并形成新相，而这会大大降低TiO2的有效利用面积，导致光催化材料性能的降低。金属浓度过高也会导致金属离子直接成为电子-空穴对的复合中心。金属浓度过低的话，会导致TiO2的空间电荷厚度过大从而导致入射光的深度不好掌控且有效率低，只有当入射光的深度与空间电荷厚度大致相当时才能够有效的将电子-空穴对分离，提高材料的光催化性能。
图9(a)和图9(b)中显示了每种催化剂对亚甲基蓝溶液的光降解效率。在样品中，纯TiO2对MB溶液的光降解率为12.50％，g-C3N4的光降解率为38.07％，Sm-TiO2(5％)的光降解率为45.35％，TiO2-g-C3N4的光降解率为66.47％以及(5％)Sm-TiO2/g-C3N4的MB降解性能最佳，光降解率为92.77％，是纯TiO2的7.5倍。
从图9中可以看出，掺杂金属离子后，Sm-TiO2光催化材料的性能要优于单纯的TiO2，这是由于过渡金属Sm的3d能级位于二氧化钛的禁带中，这就形成了掺杂能级，掺杂能级的出现使得二氧化钛的带隙变窄，对光的吸收也趋向于可见光，TiO2吸收波长发生红移，也就提高了TiO2在可见光区对光的吸收能力，所以Sm-TiO2的光催化性能较优。TiO2/g-C3N4的性能也优于单纯TiO2的原因是氮化碳与二氧化钛之间形成了异质结，并且氮化碳本身sp2π共轭体系，是良好的载流子转移通道，这就代表了氮化碳本身的良好的电荷转移能力。故异质结的作用加上其本身的电荷转移能力使得TiO2/g-C3N4光催化材料的性能也要优于单纯的TiO2。制备的光催化性能最好的是(5％)Sm-TiO2/g-C3N4，要远高于其他金属掺杂比的Sm-TiO2/g-C3N4材料。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (9)
1.Sm-TiO2氮化碳的制备，其特征在于，包括如下步骤：
(1)g-C3N4的制备；
(2)Sm-TiO2的制备；
(3)Sm-TiO2/g-C3N4的制备。
2.根据权利要求1所述的Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，其特征在于，在步骤(1)中：通过高温煅烧三聚氰胺制备g-C3N4，称取20g三聚氰胺置于坩埚内，将坩埚置于管式炉内以5℃/min的升温速度升温至550℃，并在550℃的温度下保持3h后自然冷却至室温，取出得黄色固体样品，充分研磨30min后，即为g-C3N4样品，保存备用。
3.根据权利要求1所述的Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，其特征在于，在步骤(2)中，采用溶剂热法和高温煅烧法制备Sm-TiO2，
(2-1)混合A液制备：取5mL钛酸四丁酯溶液、20mL无水乙醇、20mL冰乙酸置于烧杯中，磁力搅拌30min后作为混合A液；
(2-2)混合B液制备：称取0.05g十六烷基三甲基溴化铵CTAB固体样品于烧杯中，并加入5mL水、20mL无水乙醇和硝酸钐溶液，磁力搅拌至固体融化消失，作为混合B液待用；
(2-3)混合A液与混合B液混合煅烧：将混合B液逐滴缓慢地加入混合A液中，同时加快混合A液磁力搅拌速度，待混合B液加完后，再继续保持高速搅拌两分钟使混合A、混合B两液完全混合，待混合A、混合B液混合后置于超声清洗仪中超声分散30min，确保溶液混合均匀；
将混合溶液移入反应釜中，置于真空干燥箱内，在一定温度下进行水热反应，待冷却后取出溶液并用离心机将沉淀与清液分离，在转速为5000r/min的条件下离心15min，离心后除去上层清液，将所得沉淀分别用去离子水和无水乙醇轮流清洗三次，每次保留下层沉淀，最后将制备的样品置于烘箱内于70℃下烘干12h结晶，得纯白色TiO2晶体；
取出适量的所得纯白色TiO2晶体，经充分物理研磨20min后，移入封闭式坩埚中，将洁净无水的坩埚置于管式炉内以5℃/min升温至500℃后保持该温度3h，降至室温后取出研磨，所得固体即为Sm-TiO2晶体。
4.根据权利要求3所述的Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，其特征在于，在步骤(2-2)中，硝酸钐溶液的加入量，使得Sm在Sm-TiO2晶体中的掺杂量为wt0.5％-wt7％。
5.根据权利要求3所述的Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，其特征在于，在步骤(2-3)中，水热反应的反应条件为：反应温度为80～160℃，反应时间为6-14h。
6.根据权利要求1所述的Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，其特征在于，在步骤(3)中，通过高温煅烧法制备Sm-TiO2/g-C3N4光催化材料：取煅烧后的Sm-TiO2晶体和g-C3N4晶体，按1:1比例混合，物理研磨20min后，使得Sm-TiO2晶体和g-C3N4晶体充分混合均匀，将充分混合后的材料移入干燥、洁净的封闭型磁舟中，保证材料在坩埚中平整，将坩埚放在管式炉内以5℃/min升温到500℃后煅烧3h，冷却至常温后取出研磨，所得固体即为Sm-TiO2/g-C3N4，将固体适当研磨后保存备用。
7.根据权利要求4所述的Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，其特征在于，在步骤(2-2)中，Sm在Sm-TiO2晶体中的掺杂量为wt5％。
8.根据权利要求5所述的Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用，其特征在于，在步骤(2-3)中，水热反应的反应条件为：反应温度为140℃，反应时间为12h。
9.权利要求1-8制备的Sm-TiO2氮化碳在光催化性能的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010946671.2A CN111939964A (zh) | 2020-09-10 | 2020-09-10 | Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010946671.2A CN111939964A (zh) | 2020-09-10 | 2020-09-10 | Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111939964A true CN111939964A (zh) | 2020-11-17 |
Family
ID=73356755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010946671.2A Pending CN111939964A (zh) | 2020-09-10 | 2020-09-10 | Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111939964A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101210180A (zh) * | 2006-12-27 | 2008-07-02 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种稀土掺杂二氧化钛纳米发光材料及其制备方法 |
| CN102764667A (zh) * | 2012-07-30 | 2012-11-07 | 江苏高淳陶瓷股份有限公司 | 钐/氮共掺杂二氧化钛可见光响应催化剂及制备方法 |
| CN104826622A (zh) * | 2014-04-10 | 2015-08-12 | 北汽福田汽车股份有限公司 | 多孔碳纳米纤维负载钐掺杂纳米二氧化钛材料及其制备方法和应用 |
| CN108607588A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-10-02 | 南昌航空大学 | 一种镧掺杂类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法 |
| CN109046432A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-12-21 | 广州大学 | 介孔氮化碳的制备方法、N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法 |
-
2020
- 2020-09-10 CN CN202010946671.2A patent/CN111939964A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101210180A (zh) * | 2006-12-27 | 2008-07-02 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种稀土掺杂二氧化钛纳米发光材料及其制备方法 |
| CN102764667A (zh) * | 2012-07-30 | 2012-11-07 | 江苏高淳陶瓷股份有限公司 | 钐/氮共掺杂二氧化钛可见光响应催化剂及制备方法 |
| CN104826622A (zh) * | 2014-04-10 | 2015-08-12 | 北汽福田汽车股份有限公司 | 多孔碳纳米纤维负载钐掺杂纳米二氧化钛材料及其制备方法和应用 |
| CN108607588A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-10-02 | 南昌航空大学 | 一种镧掺杂类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法 |
| CN109046432A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-12-21 | 广州大学 | 介孔氮化碳的制备方法、N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 傅敏: "镧掺杂TiO2 /g-C3N4复合光催化剂的制备及其可见光催化活性研究", 《环境科学学报》 * |
| 张洪光: "稀土掺杂二氧化钛微米晶体的可控合成及发光性质研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
| 黄晓俊: "二氧化钛光催化剂的制备及其掺杂改性研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zou et al. | Facile preparation and photocatalytic activity of oxygen vacancy rich BiOCl with {0 0 1} exposed reactive facets | |
| Zhu et al. | Fabrication, characterization and high photocatalytic activity of Ag–ZnO heterojunctions under UV-visible light | |
| Yang et al. | Controllable synthesis of Bi2MoO6 nanosheets and their facet-dependent visible-light-driven photocatalytic activity | |
| Jo et al. | Enhanced visible light-driven photocatalytic performance of ZnO–g-C3N4 coupled with graphene oxide as a novel ternary nanocomposite | |
| Tanveer et al. | Template free synthesis of CuS nanosheet-based hierarchical microspheres: an efficient natural light driven photocatalyst | |
| Qiu et al. | Fabrication of an exfoliated graphitic carbon nitride as a highly active visible light photocatalyst | |
| Hu et al. | A microwave-assisted rapid route to synthesize ZnO/ZnS core–shell nanostructures via controllable surface sulfidation of ZnO nanorods | |
| Liu et al. | Facile synthesis and enhanced visible-light photocatalytic activity of graphitic carbon nitride decorated with ultrafine Fe 2 O 3 nanoparticles | |
| Li et al. | Hydrothermal synthesis and enhanced photocatalytic activity of hierarchical flower-like Fe-doped BiVO4 | |
| Liang et al. | High performance visible-light driven photocatalysts of Bi2MoO6-g-C3N4 with controllable solvothermal fabrication | |
| Kole et al. | Ethylenediamine assisted synthesis of wurtzite zinc sulphide nanosheets and porous zinc oxide nanostructures: near white light photoluminescence emission and photocatalytic activity under visible light irradiation | |
| Yu et al. | Constructing SrTiO3-T/CdZnS heterostructure with tunable oxygen vacancies for solar-light-driven photocatalytic hydrogen evolution | |
| Kashinath et al. | Microwave assisted synthesis and characterization of nanostructure zinc oxide-graphene oxide and photo degradation of brilliant blue | |
| Luo et al. | Synthesis and characterization of Cu2O–modified Bi2O3 nanospheres with enhanced visible light photocatalytic activity | |
| Shan et al. | An α-Bi 2 O 3/BiOBr core–shell heterojunction with high photocatalytic activity | |
| Teng et al. | Synthesis of MoS2/TiO2 nanophotocatalyst and its enhanced visible light driven photocatalytic performance | |
| Lian et al. | Mesoporous (ZnO) x (MgO) 1− x nanoplates: template-free solvothermal synthesis, optical properties, and their applications in water treatment | |
| Plubphon et al. | Rapid preparation of g-C3N4/Bi2O2CO3 composites and their enhanced photocatalytic performance | |
| Liu et al. | Biomass assisted synthesis of 3D hierarchical structure BiOX (X Cl, Br)-(CMC) with enhanced photocatalytic activity | |
| Yang et al. | In situ synthesis of bifunctional TiO 2–Cs x WO 3 composite particles with transparent heat shielding and photocatalytic activity | |
| Li et al. | PVP-assisted hydrothermal synthesis and photocatalytic activity of single-crystalline BiFeO 3 nanorods | |
| Yao et al. | Formation mechanism of porous rose-like WO 3 and its photoresponse and stability study | |
| CN113000043A (zh) | 一种二氧化钛量子点表面暴露的晶面结构的调控工艺及其与二维材料构建的复合光催化剂 | |
| Nguyen-Le et al. | Novel fabrication of a nitrogen-doped mesoporous TiO 2-nanorod titanate heterojunction to enhance the photocatalytic degradation of dyes under visible light | |
| CN111939964A (zh) | Sm-TiO2氮化碳的制备及其光催化性能的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201117 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |