[发明专利]一种硫掺杂氧化锌量子点修饰多孔石墨相碳化氮复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明应用自牺牲模板法制备一种硫掺杂氧化锌量子点修饰多孔石墨相碳化氮复合材料，公开了一种基于多孔石墨相氮化碳的Z型反应光催化复合纳米催化材料及其在光催化降解罗丹明B(RhB)中的应用，属于纳米材料制备技术及环保领域。本发明采用的合成方法分为三步，首先利用醋酸锌和硫脲原料，经过溶剂热发合成片状ZnS(en)_0.5前驱体，然后用水浴蒸干法将尿素与ZnS(en)_0.5前驱体均匀混合，最后经过高温缩聚得到硫掺杂氧化锌量子点修饰多孔石墨相碳化氮Z型光催化复合材料。该催化剂在光催化降解RhB显示出优越的催化活性。

技术领域

本发明属于基于石墨相氮化碳的负载型复合材料制备技术及催化应用领域，具体涉及以自牺牲模板法制备硫掺杂氧化锌量子点修饰多孔石墨相氮化碳Z 型反应光催化复合材料以及该材料在光催化降解RhB中的应用。

背景技术

近年来，随着环境的恶化，绿色化学已经成为人类社会的可持续发展的必然要求。半导体光催化技术已经成为最具前景的技术之一，因为其能通过一种简单的方法去利用自然光或者人造光。半导体光催化技术引起人们的密切关注，并在环保领域得以迅速发展，现在主要应用光催化降解有机污染物、废水废气处理等方面。

石墨相氮化碳 (g-C₃N₄) 是一种典型的由非金属元素构成的聚合物半导体，其制备所需原料便宜易得，并且有较好的物理以及化学稳定性。同时，g-C₃N₄禁带宽度为2.7 eV,在可见光区有较好的吸收，这些特点使其成为一种应用前景广阔的新型光催化材料。然而，研究发现g-C₃N₄光生电子空穴复合率高，导致其光催化活性降低，限制了其广泛的应用。在g-C₃N₄上修饰金属氧化物，能够有效地提高电子空穴分离效率和光催化活性，是一种常用的改性方法。

ZnO是一种直接带隙半导体，具有良好的光催化活性，同时ZnO具有无毒、成本低和生物相容性好等优点，是一种理想的光催化剂。但是，带隙宽度约为3.3 eV，只能被紫外光激发，不能够有效利用太阳光中能量较多的可见光。因此，只有拓宽ZnO的光响应范围，使其具有可见光吸收，才能实现ZnO在光催化领域更为广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种硫掺杂氧化锌量子点修饰多孔石墨相氮化碳复合材料及其制备方法，并将其应用于光催化降解RhB的反应。采用自牺牲模板法，得到硫掺杂氧化锌，拓宽了ZnO的光响应范围；同时经过高温聚合过程，硫掺杂氧化锌和多孔石墨相氮化碳紧密结合，得到硫掺杂氧化锌量子点修饰多孔石墨相氮化碳复合材料。其制备方法合理简单，催化还原性能稳定，催还效率高效。并且，通过相关的表征证明，硫掺杂氧化锌和多孔石墨相氮化碳构成 Z 型光催化体系。

本发明先利用溶剂热法合成ZnS(en)_0.5前驱体，然后将尿素与ZnS(en)_0.5前驱体混合，最后高温烧结缩合形成硫掺杂氧化锌量子点修饰多孔石墨相氮化碳复合材料。

为实现上述目的，本发现采用的技术方案为：

一种基于石墨相氮化碳的负载型复合材料，该材料为硫掺杂氧化锌量子点修饰多孔石墨相氮化碳复合材料；所述的石墨相碳化氮为多孔结构，孔径大小为

2 nm -100 nm，比表面积为60 m²/g；所述的硫掺杂氧化锌为量子点，均匀生长在石墨相碳化氮的表面及孔道里，量子点尺寸为2.5 nm - 5.5 nm。

本发明所述的硫掺杂氧化锌量子点修饰多孔石墨相氮化碳复合材料的制备方法包括以下几个步骤：