[发明专利]一种钴酸镨/凹凸棒石/石墨炔纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于化工新材料领域，具体涉及一种钴酸镨/凹凸棒石/石墨炔纳米复合材料及其制备方法和应用。首先通过金属催化的交叉偶联反应制备石墨炔，再通过溶胶凝胶法以凹凸棒石为载体负载钴酸镨，最后利用石墨炔材料独特的炔键引起碳骨架中部分碳原子带正电的特性，将钴酸镨/凹凸棒石负载在石墨炔片层上。本发明中以凹凸棒石为骨架，钙钛矿纳米粒子均匀的负载在凹凸棒石上，避免了钙钛矿颗粒的团聚，凹凸棒石均匀分散在石墨炔上，通过石墨炔自身特殊的结构来构建Z型光催化剂，抑制钴酸镨和凹凸棒石电子‑空穴的复合，延长载流子的寿命，能很好的发挥三者的协同催化作用，提高光耦合脱硝性能。

技术领域

本发明属于化工新材料领域，涉及一种钴酸镨/凹凸棒石/石墨炔纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，工业化大生产使得大气污染愈发严重，其中，氮氧化物作为主要的大气污染物之一，严重威胁着人类的生态系统和身体健康，因而，对于氮氧化物的治理变得刻不容缓。光耦合脱硝技术结合了光催化和常规SCR两者的特点，具有低温高效的特点，有较好的应用前景。

钙钛矿(ABO₃)结构的稀土复合金属氧化物因其具备良好的光响应范围而备受关注，且其结构稳定性高，价格低廉，原料易得，合成简单，但是，单一的钙钛矿纳米颗粒尺寸较大，易于团聚，很大程度上限制了稀土钙钛矿的功能化应用前景。凹凸棒石具有较大的比表面积、优越的吸附性能及独特的孔隙结构，使得其被广泛地用于催化剂载体。

现有技术将钙钛矿与粘土复合制备光催化剂，然而这两种材料复合仍然存在光催化材料普遍存在的电子-空穴复合速率快的问题，很大程度上限制了两种材料复合在光催化领域的应用前景。因而寻找能抑制这种电子空穴复合问题的第三种材料就显得尤为重要。

发明内容

新型碳材料具有较好的电荷迁移率，其中，新一代二维(2D)碳同素异形体石墨炔具有良好的化学稳定性，类似硅优异的半导体性能，有着天然的带隙(1.22eV)，同时具有较高的导电性，正是石墨炔特殊的电子结构使其在超导、电子、能源以及光电等领域具有潜在、重要的应用前景。

鉴于背景技术所存在的问题，本发明的目的之一是提供一种低成本、使用性能好的钴酸镨/凹凸棒石/石墨炔的制备方法。本发明的目的之二是通过石墨炔自身特殊的结构来构建Z型光催化剂，抑制钴酸镨和凹凸棒石电子-空穴的复合，延长载流子的寿命，提高光耦合脱硝性能。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种钴酸镨/凹凸棒石/石墨炔纳米结构复合材料，首先通过金属催化的交叉偶联反应制备石墨炔，再通过溶胶凝胶法以凹凸棒石为载体负载钴酸镨，利用石墨炔材料独特的炔键引起碳骨架中部分碳原子带正电的特性，将钴酸镨/凹凸棒石负载在石墨炔片层上。

钴酸镨/凹凸棒石/石墨炔纳米结构复合材料的制备方法，工艺步骤如下：

(1)、石墨炔的制备：首先将0.2～0.6mL 1mol/L四丁基氯化铵(TBAF)和0.044～0.088mmol六[(三甲基甲硅烷基)乙炔基]苯在氮气保护下加入到10～30mL 1mol/L四氢呋喃(THF)中，6～10℃下搅拌反应8～12min，用乙酸乙酯稀释，饱和食盐水洗涤三次，无水硫酸钠干燥，浓缩得到六乙炔基苯单体。氮气保护下，用20～40mL吡啶溶解六乙炔基苯单体，然后慢慢滴入到装有40～60mL吡啶和2～6cm²铜箔基质的三口烧瓶中，滴加时间1h，六乙炔基苯单体与吡啶，铜箔发生交叉偶联反应，反应温度60～80℃，反应时间48～72h，在铜箔表面上形成石墨炔；得到的石墨炔片层的厚度为20～80nm，本发明范围内的原料用量和工艺参数制得的石墨炔的厚度较好，使得材料的导电率较好。