[发明专利]自组装四(4-羧基苯基)卟啉/氧掺杂氮化碳纳米片异质结光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了自组装四(4‑羧基苯基)卟啉/氧掺杂氮化碳纳米片异质结光催化剂及其制备方法和应用，所述光催化剂由自组装四(4‑羧基苯基)卟啉(SA‑TCPP)和氧掺杂氮化碳纳米片(O‑CN)通过静电作用和π‑π相互作用复合而成，其中O‑CN和SA‑TCPP的质量比范围为1:0.001～0.8；所述SA‑TCPP通过原位法修饰到O‑CN上。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明所述的光催化剂相比于现有技术中的O‑CN及SA‑TCPP拥有更为优异的光催化降解污染物和光解水产氧的性能；(2)本发明所述方法绿色安全、工艺简单，成本低廉，适合于工业化大批量生产，具有较高的应用前景和实用价值。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，涉及一种异质结光催化剂，具体为自组装四(4-羧基苯基)卟啉/氧掺杂氮化碳纳米片异质结光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氮化碳是一种非金属n型有机半导体可见光光催化剂，具有合成方便、成本低、稳定性好、无生物毒性、结构易调控等优点，因而广泛应用于降解污染物和光解水等方面。但是，传统缩聚法制备的氮化碳颗粒尺寸大、比表面积低、可见光利用率低、光生电子-空穴对复合几率高，致使其光催化活性不够理想。因此，开发出具有纳米结构形貌，宽可见光谱响应范围以及快速的光生载流子分离和迁移能力的氮化碳基光催化剂意义重大。

自组装四(4-羧基苯基)卟啉(SA-TCPP)是一种新型n型有机超分子半导体光催化剂，具有独特电子结构和良好的光电特性。通过超分子自组装技术可以把单分子四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)从无序状态聚集成纳米尺寸的超分子单元，利用分子间弱相互作用的加合和协同实现分子聚集体中的电子转移和能量传递，使其拥有更好的光学特性，表现出优异的光催化效率，因而广泛应用于降解污染物、光解水产氧和抗肿瘤等方面。但是，SA-TCPP的光生电子-空穴对的复合几率高、且光还原能力较弱，影响其在光催化领域的应用前景。

发明内容

解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，获得一种具有纳米结构形貌，宽可见光谱响应范围以及快速的光生载流子分离和迁移能力的光催化剂，本发明提供了自组装四(4-羧基苯基)卟啉/氧掺杂氮化碳纳米片异质结光催化剂及其制备方法和应用。

技术方案：自组装四(4-羧基苯基)卟啉/氧掺杂氮化碳纳米片异质结光催化剂，所述光催化剂由自组装四(4-羧基苯基)卟啉和氧掺杂氮化碳纳米片通过静电作用和π-π相互作用复合而成，其中氧掺杂氮化碳纳米片和自组装四(4-羧基苯基)卟啉的质量比范围为1:0.001～0.8；所述自组装四(4-羧基苯基)卟啉通过原位法修饰到氧掺杂氮化碳纳米片上。

自组装四(4-羧基苯基)卟啉/氧掺杂氮化碳纳米片异质结光催化剂的制备方法，所述方法以3-氨基-1,2,4-三氮唑为原料，通过热刻蚀-水热相结合的方法制备氧掺杂氮化碳纳米片，通过自组装法制备四(4-羧基苯基)卟啉超分子，最后通过原位法将自组装四(4-羧基苯基)卟啉修饰到氧掺杂氮化碳纳米片上。

优选的，所述方法具体步骤为：

(1)以3-氨基-1,2,4-三氮唑为原料，在空气气氛下进行煅烧，制备得到块状氮化碳，再将块状氮化碳研磨后在空气气氛下进行二次煅烧，制备得到氮化碳纳米片，然后将氮化碳纳米片超声分散在过氧化氢水溶液中，并进行水热反应，反应完后冷却，进行固液分离收集沉淀，将沉淀干燥研磨成粉，制备得到氧掺杂氮化碳纳米片；

(2)将四(4-羧基苯基)卟啉分散于强碱溶液中进行加热搅拌，使得四(4-羧基苯基)卟啉完全溶解，形成四(4-羧基苯基)卟啉溶液；

(3)将步骤(1)中所得氧掺杂氮化碳纳米片超声分散在水中，加入步骤(2)中所得四(4-羧基苯基)卟啉溶液，进行搅拌超声混合，再加入强酸溶液进行加热搅拌，直至溶液pH变为中性，反应结束后进行固液分离收集沉淀，沉淀经洗涤干燥并研磨，即得自组装四(4-羧基苯基)卟啉/氧掺杂氮化碳纳米片异质结光催化剂。