[发明专利]一种碳量子点负载碱化石墨相氮化碳光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种碳量子点负载碱化石墨相氮化碳光催化剂的制备方法及应用，属于光催化剂制备技术领域。本发明以柠檬酸为碳源，以KCl和NHsubgt;4/subgt;Cl为碱化试剂，通过简单的原位合成法制备了碳量子点负载碱化石墨相氮化碳光催化剂。本发明制备的光催化剂具有制备方法简单、光催化性能优异、结构稳定、重复使用好等优点，可广泛应用于各种染料、抗生素等各类有机污染物的降解。本发明制备的光催化剂在碱化石墨相氮化碳中引入CQDs，提高了光催化剂的可见光响应和光吸收能力；而且，由于CQDs独特的电子传输“桥”和电子“库”作用，有效地促进了光生电子空穴对的分离效率。

技术领域

本发明属于光催化剂制备技术领域，具体涉及一种碳量子点负载碱化石墨相氮化碳光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

光催化作为一种新型的有机污染物处理技术，因反应条件温和、有机物矿化程度高且不易产生二次污染等特点而日渐受到人们的重视。其中，非金属半导体石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有良好的化学稳定性、廉价易得、环境友好等优点，其独特的电子结构更易于进行改性调控，近年来在污水治理等方面发挥着独特作用。然而，g-C₃N₄只有窄的可见光响应区，且本身存在的晶格缺陷，导致g-C₃N₄表面光生载流子的快速复合，限制了其广泛应用。

表面调控作为一种重要的改性手段，对材料的表界面性质，尤其是对光生载流子行为改善有重要影响。表面碱化是一种简单而有效的g-C₃N₄表面调控手段。Gao等以双氰胺为前驱体、KCl和(NH₄)₂CO₃为碱化试剂，在550℃下煅烧4h对g-C₃N₄进行表面碱化；结果发现，表面碱化不但优化了g-C₃N₄的能带结构，而且能有效捕获空穴，促进光生载流子的高效分离，降解甲基橙的效率较g-C₃N₄提高了1.8倍。此外，Wang将石墨相氮化碳在0.001M NaOH溶液中浸泡4h，发现其产氢速率仅略有提高。可见，由于碱化g-C₃N₄从紫外光到短于450nm的可见光区域的窄光吸收和单一光催化剂半导体的快速光生电子-载流子复合导致单纯碱化g-C₃N₄材料的光活性仍然不能令人满意。

碳量子点(CQDs)是一类尺寸小于10nm的新型一维碳纳米材料，可以是非晶态或纳米晶的sp²碳簇，也可以与一些sp³碳融合形成类金刚石结构。CQDs作为一种新型的碳纳米材料，具有优异的光学性能、丰富的表面官能团、成本低、毒性小、环境友好、合成简单等优点，在催化领域具有突出的应用潜力。此外，由于其优异的上转换光致发光和光生电子转移特性，CQDs可以增强半导体基光催化剂的可见光响应，并改善光催化体系中光激发电子和空穴的分离。Liu等人合成了ZnIn₂S₄/CQDs杂化光催化剂，用于Cr(VI)的光催化还原。结果显示，ZnIn₂S₄/CQDs的光催化活性得到显著提高。Wang等采用水热法合成了一种新型全光谱光驱动碳量子点CQDs负载Bi₂WO₆异质结材料(CBW)。结果表明，CBW异质结具有较高的光生载流子分离效率和全光谱吸收。分析发现，CBW对有机污染物的优异光催化活性归因于CQDs的上转换光致发光特性和电子库性质。然而，目前还没有碳量子修饰表面碱化g-C₃N₄的相关报道。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了碳量子点负载碱化石墨相氮化碳光催化剂的制备方法及应用。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：