[发明专利]一种超分子预组装氮化碳纳米管光催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及光催化剂，特指一种超分子预组装氯杂氮化碳纳米管可见光光催化剂及其制备方法，属于光催化材料的制备方法技术领域。该方法首先通过低温水热的方法得到形貌规整的棒状超分子中间体，再通过管式炉煅烧得到这种形貌很好的氯杂氮化碳纳米管。利用氯杂氮化碳管状结构本身的特性和氯元素引入引起的能带结构变化，解决了现有光催化剂对可见光利用率不高、对高浓度有机染料降解效率低等问题。

技术领域

本发明涉及光催化剂，特指一种超分子预组装氯杂氮化碳纳米管可见光光催化剂及其制备方法，属于光催化材料的制备方法技术领域。

背景技术

石墨相氮化碳作为一种非金属半导体材料，不仅具有合适的禁带宽度来有效利用可见光，而且具有优异的物理化学性质，如极好的化学和热稳定性，很好的光电性能，极佳的抗氧化性能。因此，石墨相氮化碳被广泛的应用于光解水制氢、光催化二氧化碳还原及可见光下降解有机污染物领域。然而，对于普通的氮化碳而言仍存在许多致命的缺点：光生电子空穴对复合几率高、载流子迁移速率慢和比表面积小等，这严重限制了其在光催化领域的应用。研究人员通过一系列的方法提高了氮化碳的光催化性能，包括纳米结构的设计、元素掺杂、与其他半导体材料构筑形成异质结等。氮化碳纳米结构的设计是一种真正具有广阔前景的方法，如多孔、纳米棒、纳米管、纳米线、纳米花等结构。其中对于氯杂氮化碳纳米管而言，具有中空一维结构和氯元素的掺杂，这极大地增强了氮化碳可见光吸收和散射能力、快速且长距离的电子转移速率、更丰富的活性位点、更低的价带位置、更大的比表面积和更低的光生电子空穴对复合率。目前氮化碳纳米管的主要制备方法包括硬模板法、软模板法及非模板法。硬模板法一般需要很长的准备期和复杂的步骤，同时需要使用强腐蚀性的HF或者NH₄HF₂，对环境是不友好的且具有危险性。此外软模板法的缺点也显而易见，结构稳定性差、制备效率低、模板剂同样难以去除干净。因此寻找一种简单高产方法来制备氮化碳是十分必要的。

超分子预组装是一种来制备纳米材料的新兴自模板法。利用这种超分子预组装方法合成的氯杂氮化碳纳米管相对于普通的氮化碳，具有更大的比表面积，且具有高的量子效率及低的电子复合率，而且成功地引入了氯元素，进一步降低了价带位置，带来更强的氧化能力，从而大大提高了其光催化活性。然而，传统的超分子预组装法存在着诸多不足。首先在原料的使用上，其需要使用多种原料作为前驱体。其次更为糟糕的是，需要使用一些有机溶剂作为反应溶剂(例如二甲亚砜、氯仿等)，这严重违背了绿色和环境保护的原则。同时，所获得的超分子中间体形貌不是特别规整，这对于最终产物的形貌有很大的影响。此外，很少有报道是通过超分子预组装法来制备氮化碳纳米管的。而且我们的超分子预组装法是和元素掺杂法结合起来使用的，这能够成功引入杂元素，更进一步地提升了其光催化活性。

发明内容

本发明的一个目的是提供了一种超分子预组装氯杂氮化碳纳米管光催化剂的制备方法，该方法首先通过低温水热的方法得到形貌规整的棒状超分子中间体，再通过管式炉煅烧得到这种形貌很好的氯杂氮化碳纳米管。利用氯杂氮化碳管状结构本身的特性和氯元素引入引起的能带结构变化，解决了现有光催化剂对可见光利用率不高、对高浓度有机染料降解效率低等问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种超分子预组装氮化碳纳米管光催化剂的制备方法，其制备步骤如下：

(1)首先将三聚氰胺和氯化羟胺置于去离子水中常温磁力搅拌分散，得到混合分散液；

(2)将所得的混合分散液转移至水热反应釜中进行反应；将所得的反应产物静置后离心分离、洗涤、干燥即可得棒状超分子中间体；

(3)向坩埚里面加入一定量的超分子中间体，再放入管式炉中，通入气体，然后以一定的升温速度加热到一定温度，再保温一定时间，即可获得氯杂氮化碳纳米管。

上述的制备方法中，所述步骤(1)中，三聚氰胺、氯化羟胺和去离子水的的质量比为：0.5-2：1-4：30-50，所述的搅拌时间为20-45min。