一種製備Ag₃PO₄@g-C₃N₄複合可見光催化材料的方法

2023-05-15 06:35:21 2

專利名稱：：一種製備Ag3PO4@g-C3N4複合可見光催化材料的方法
技術領域：
：本發明涉及一種Ag3PO4Og-C3N4複合可見光催化劑及其製備方法，屬於納米複合材料和環境治理中光催化
技術領域：
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背景技術：
：近年來，能源短缺和環境汙染日益嚴重，因此，為了實現人類社會的可持續發展，可見光催化技術作為一種可以有效地治理環境汙染，開發新能源的技術引起了研究者們的極大興趣，並被廣泛應用於環境保護、清潔能源製備(太陽能轉化為氫能)等領域。而作為光催化技術的核心，光催化劑的開發尤為重要。長期以來，大多的光催化劑的研究集中在TiO2等半導體氧化物方面，但它們對可見光響應差，不足以達到充分利用太陽光的目的。因此，為了提高光催化材料的性能，通過摻雜、複合等方法來開發出新型高效的可見光催化劑，日益成為光催化研究的熱點。2010年，Yi等人[ZhiguoYi,JinhuaYe,NaokiKikugawa,TetsuyaKako,ShuxinOuyang,HilaryStuart-ffi11iams,HuiYang,JunyuCao,WenjunLuo,ZhaoshengLi,YunLiuandRayL.Withers.Anorthophosphatesemiconductorwithphotooxidationpropertiesundervisible-lightirradiation.NatureMater.,2010,9,559-564.]首先報導Ag3PO4在可見光照射下，具有強的光解水和光降解活性。但是，在沒有電子犧牲劑的情況下，Ag3PO4極不穩定，易發生光自蝕反應而被還原為Ag(4Ag3P04+6H20+12h++12e_—12Ag+4H3P04+302)，極大的降低了它的實用價值。而與其他半導體材料複合作為一種解決其穩定性的一個行之有效的方案，尋找低成本、高效的半導體材料顯得非常重要。g-C3N4作為一種新型碳材料衍生物，是一種由三嗪環(-C3N3)單元組成的類石墨相的層狀結構化合物，片層由C-N共價鍵組成，層與層之間存在的微弱的範德華力，使陰陽離子能插入其間，通過離子-η相互作用和靜電作用而形成g_C3N4插層化合物，而且其帶隙較窄(2.7eV)，對可見光有響應性，來源豐富，合成成本很低。雖然現今已經廣泛報導Ag3PO4與其他半導體材料的複合光催化材料[LeiLiu,JinchengLiuandDarrenDelaiSun.GrapheneOxideEnwrappedAg3PO4CompositeTowardsaHighlyEfficientandStableVisible-Light-1nducedPhotocatalystforWaterPurification.Catal.Sc1.Technol.2012,2:2525-2532.]，g_C3N4與其他材料的複合亦有報導[YajunWang,XiaojuanBal,ChengsiPan,JunHeandYongfaZhu.EnhancementofphotocatalyticactivityofBi2WO6hybridizedwithgraphite-likeC3N4.J.Mater.Chem.2012,22:11568-11573.]。但通過將磷酸銀負載在g_C3N4上製備新型的Ag3PO4Og-C3N4複合可見光催化材料目前尚未見報導。
發明內容本發明採用一種簡單的化學沉積法，通過磷酸根離子與修飾在g_C3N4表面的銀離子之間的原位析出反應，合成出磷酸銀負載的Ag3PO4Og-C3N4複合可見光催化材料。製備方法簡單易行，合成條件溫和，成本低。本發明的技術解決方案如下一種利用g_C3N4作為載體，硝酸銀和磷酸鈉分別作為銀離子源和磷酸根離子源，製備Ag3PO4Og-C3N4複合材料的方法，包括如下步驟(I)稱取g-C3N4粉末，加入到去離子水中，超聲分散O.52小時；(2)稱取硝酸銀，溶解在⑴中的分散液中，使硝酸銀濃度為O.05O.5M，持續攪拌I4小時；(3)按銀離子與磷酸根離子的摩爾比為3I，量取O.05O.5M的磷酸鈉溶液中的一種，將其加入到(2)形成的溶液中，持續攪拌1024小時；(4)將步驟⑷中得到的產物過濾、洗滌、乾燥後，得到Ag3PO4Og-C3N4複合材料；在複合材料中，g-C3N4的質量比例範圍為本發明首次將Ag3PO4Og-C3N4複合材料應用於光催化領域，層狀結構的g-C3N4比表面積大，既是一種良好的載體，又是一種有機半導體光催化劑。圖1為實施例1中製備的Ag3PO4Og-C3N4複合材料對甲基橙的降解速率圖，圖2為實施例1中製備的Ag3PO4Og-C3N4複合材料對甲基橙連續4次的降解性能圖(用量O.03g/15ml甲基橙溶液)。具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明，但本發明的保護範圍並不限於此。實施例1稱取O.1860g的g_C3N4粉末，加入到30ml的去離子水中，超聲30分鐘，然後稱取2.0385g(0.012mol)硝酸銀溶於上述分散液中，持續攪拌4小時。隨後量取濃度為O.25M的Na3PO4溶液16ml緩慢滴加至上述混合溶液中，持續反應24小時，對產物進行洗滌、乾燥處理，得到對應的Ag3PO4Og-C3N4-1O%複合可見光催化材料。測試該Ag3PO4Og-C3N4-1O%可見光催化材料對於甲基橙的光催化性能，如圖1所示。實施例2稱取O.0881g的g_C3N4粉末，加入到30ml的去離子水中，超聲30分鐘，然後稱取2.0385g(0.012mol)硝酸銀溶於上述分散液中，持續攪拌4小時。隨後量取濃度為O.25M的Na3PO4溶液16ml緩慢滴加至上述混合溶液中，持續反應24小時，對產物進行洗滌、乾燥處理，得到對應的Ag3P04@g-C3N4-5%複合可見光催化材料。實施例3稱取O.4186g的g_C3N4粉末，加入到30ml的去離子水中，超聲30分鐘，然後稱取2.0385g(0.012mol)硝酸銀溶於上述分散液中，持續攪拌4小時。隨後量取濃度為O.25M的Na3PO4溶液16ml緩慢滴加至上述混合溶液中，持續反應24小時，對產物進行洗滌、乾燥處理，得到對應的Ag3P04@g-C3N4-20%複合可見光催化材料。實施例4稱取O.0169g的g_C3N4粉末，加入到30ml的去離子水中，超聲30分鐘，然後稱取2.0385g(0.012mol)硝酸銀溶於上述分散液中，持續攪拌4小時。隨後量取濃度為O.25M的Na3PO4溶液16ml緩慢滴加至上述混合溶液中，持續反應24小時，對產物進行洗滌、乾燥處理，得到對應的Ag3PO4Og-C3N4-1%複合可見光催化材料。實施例5稱取O.1456g的g_C3N4粉末，加入到30ml的去離子水中，超聲30分鐘，然後稱取2.0385g(0.012mol)硝酸銀溶於上述分散液中，持續攪拌4小時。隨後量取濃度為O.25M的Na3PO4溶液16ml緩慢滴加至上述混合溶液中，持續反應24小時，對產物進行洗滌、乾燥處理，得到對應的Ag3P04@g-C3N4-8%複合可見光催化材料。實施例6稱取1.6743g的g_C3N4粉末，加入到30ml的去離子水中，超聲30分鐘，然後稱取2.0385g(0.012mol)硝酸銀溶於上述分散液中，持續攪拌4小時。隨後量取濃度為O.25M的Na3PO4溶液16ml緩慢滴加至上述混合溶液中，持續反應24小時，對產物進行洗滌、乾燥處理，得到對應的Ag3P04@g-C3N4-50%複合可見光催化材料。權利要求1.一種製備Ag3PO4Og-C3N4複合可見光催化材料的方法,其特徵在於利用g-C3N4作為載體，硝酸銀和磷酸鈉分別作為銀離子源和磷酸根離子源，其製備包括如下步驟(1)稱取g_C3N4粉末，加入到去離子水中，超聲分散O.52小時；(2)稱取硝酸銀，溶解在(I)形成的分散液中，使硝酸銀濃度為O.05O.5M，並持續攪拌I4小時；(3)稱量十二水磷酸鈉，溶解在去離子水中，配置成O.05O.5M的磷酸鈉溶液；(4)按銀離子與磷酸根離子的摩爾比為31，將(3)中的溶液緩慢滴加至⑵形成的溶液中，持續攪拌1024小時；(5)將步驟(4)中得到的產物過濾、洗滌、乾燥後，得到Ag3PO4Og-C3N4複合材料。2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，g_C3N4的質量比例範圍為1%50wt%。全文摘要本發明公開了一種新型高效Ag3PO4@g-C3N4複合可見光催化材料的製備方法。首先在超聲作用下，將具有片狀結構的g-C3N4在銀鹽溶液中處理，使銀離子負載在g-C3N4表面，然後滴加入磷酸鈉溶液，持續攪拌，通過負載在g-C3N4表面的銀離子與磷酸根離子之間的原位析出反應，形成Ag3PO4@g-C3N4複合材料。該方法製備過程簡單易控、操作方便、成本低、產物的可見光催化活性高。文檔編號B01J35/00GK103028428SQ201310016018公開日2013年4月10日申請日期2013年1月16日優先權日2013年1月16日發明者趙崇軍,張卓民,蘭永煥,錢秀珍,徐雲龍,張金朝申請人:華東理工大學