[发明专利]一种碳点修饰羟基磷酸铜光催化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳点修饰羟基磷酸铜光催化材料及其制备方法。制备过程是将硝酸铜、磷酸氢二铵、聚乙烯吡咯烷酮及L‑异亮氨酸依次加入到蒸馏水中搅拌溶解；调节pH值，搅拌均匀后水热反应，水热所得产物经洗涤、干燥后得到碳点修饰羟基磷酸铜材料。该制备方法工艺简单，可通过一步水热法制成；可行性强。所制备的碳点修饰羟基磷酸铜作为光催化材料应用时，表现出电子‑空穴对复合率低、光催化活性高及太阳能利用率高的特点。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，具体涉及一种碳点修饰羟基磷酸铜光催化材料及其制备方法。

背景技术

以TiO₂为代表的光催化技术基于反应条件温和，工艺简单以及环境友好等特点，被认为是一种理想的环境污染治理技术。而TiO₂带隙能高，只能在紫外光区（<387nm，占太阳光3%-5%）响应，太阳能利用率低，使其应用受到限制。因此，开发合成可见光响应型光催化材料，提高太阳能利用率是目前光催化领域研究的热点问题。

羟基磷酸铜（Cu₂(OH)PO₄）基于易于产物分离、催化活性优异及稳定性等优势，被广泛应用于催化领域。近年来，相关研究（Cho I-S. Advanced Functional Materials,2008; 18(15): 2154-2162;G. Wang,et al. Angewandte Communication, 2013, 52:4810-4813）证明：羟基磷酸铜在可见光区域（约占太阳光46%）到近红外区域下都具有光催化活性，提高了太阳能的利用率。但仍存在电子-空穴对复合率高，光催化活性低等缺点。针对此，CN201410447867.1公开了一种石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂及其制备方法，利用石墨烯与羟基磷酸铜复合，降低催化剂粒径、增大其比表面积，从而加快电子-空穴复合，提高光催化性能。

碳点是一种新型的碳纳米材料，基于优异的光电性能被应用于光催化领域。如碳点用来修饰ZnO、CuWO₄（冯昌. 物理化学学报, 2015, 31(12):2349-2357; Puthalapattu,Journal of Molecular Structure, 2015, 1098:146-152），上述研究表明碳点作为光生电子转移体，可有效降低电子-空穴对分离，从而提高光催化活性。但碳点用来修饰羟基磷酸铜的研究尚未见诸报道。

发明内容

本发明旨在解决羟基磷酸铜电子-空穴对复合率高的缺点，在羟基磷酸铜表面生成的碳点，可作为光生电子转移体，加快羟基磷酸铜电子-空穴的分离，提高其光催化活性，从而提供了一种碳点修饰羟基磷酸铜光催化材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种碳点修饰羟基磷酸铜光催化材料，所述碳点修饰羟基磷酸铜光催化材料是以硝酸铜、磷酸氢二铵、聚乙烯吡咯烷酮及L-异亮氨酸为原料，采用水热合成法制备而成。

一种碳点修饰羟基磷酸铜光催化材料的制备方法，包括如下步骤：

1）按摩尔比依次将硝酸铜、磷酸氢二铵、聚乙烯吡咯烷酮、L-异亮氨酸混合于去离子水中，搅拌30min得悬浮液；

2）调节体系pH值为4-8，并继续搅拌10-20min；

3）将所得的悬浮液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在170-210℃水热反应15-24小时；

4）冷却，过滤，洗涤后干燥得到碳点修饰羟基磷酸铜粉末。

所述步骤1）中，磷酸根离子浓度为0.3mol/L，铜离子、磷酸根离子、聚乙烯吡咯烷酮以及L-异亮氨酸化学剂量摩尔比为2:1:0.5:0.2-0.6，其中聚乙烯吡咯烷酮的化学剂量按照其结构单元分子量111g/mol计算。

所述步骤2）中，采用磷酸和氨水调节混合液的pH值。