一種碳量子點/ctf-t1負載型可見光催化劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了不含重金屬的環(huán)境友好型可見光催化劑的制備方法和應用，屬于材料制備及光催化技術領域。采用液相合成法制備CTF?T1，然后將碳量子點負載在CTF?T1上，形成碳量子點/CTF?T1光催化劑。本發(fā)明制備的光催化劑不含重金屬，具有良好的光解水產(chǎn)氫性能，具有較大的應用潛力。
【專利說明】
一種碳量子點/CTF-T1負載型可見光催化劑
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于材料制備及光催化技術領域，具體涉及一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑。
【背景技術】
[0002]環(huán)境污染與能源危機是當今人類所面臨的兩個重大問題。因此，利用可再生資源開發(fā)經(jīng)濟的、可持續(xù)發(fā)展的能源顯得尤其重要。目前，人們常用物理、化學、生物等治理措施來解決能源短缺與環(huán)境污染問題。在眾多治理技術中，半導體光催化技術由于反應徹底、反應條件溫和、無二次污染等優(yōu)點，迅速發(fā)展為一種可利用太陽能進行能源轉(zhuǎn)化和環(huán)境凈化的新技術，被廣泛應用于光解水制氫及降解有機污染物中，成為目前最受關注的研究熱點。
[0003]在已發(fā)展的新型光催化劑中，共價三嗪有機聚合物(CTFs)內(nèi)部是由三嗪環(huán)鏈接有機官能團而形成的框架結構，穩(wěn)健的共價鍵使其表現(xiàn)出較高的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。同時，材料的光吸收性能顯示其具有可見光響應及合適的禁帶寬度，這些性質(zhì)預示著共價三嗪有機聚合物(CTFs)是一類潛在的具有開發(fā)前景的新型非金屬有機光催化劑。然而，其仍然存在著光生載流子復合率高，量子效率低等問題，嚴重制約了其進一步的發(fā)展。解決這一問題的方法是對催化劑進行改性。如:金屬離子摻雜、多元共摻雜等，這些改性方法均提高光催化活性。然而，這些催化劑的缺點是在催化過程中會溶出金屬，而碳量子點負載CTF-Tl這一光催化劑是由C和N元素組成的，不含重金屬，從而解決了金屬污染這一問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑。
[0005]該光催化劑不含重金屬，具有良好的光解水產(chǎn)氫性能，具有較大的應用潛力。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑，所述的CTF-Tl是一種共價三嗪有機聚合物;可見光催化劑中碳量子點占CTF-Tl質(zhì)量百分比為0.08%?0.8%。
[0007]制備一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的具體步驟為:
(1)共價三嗪有機聚合物的制備:在(TC攪拌的條件下，將40mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至30°C，靜置3天后，得到固體;將固體用160-200 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌;然后加入200-250 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在60-90°C條件下回流10-36 h，再用二氯甲烷在50-70°C條件下回流10-36 h，80°C真空干燥12 h，即得所述的共價三嗪有機聚合物；
(2)碳量子點溶液的制備:將0.5g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，200-6000C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產(chǎn)物分散于丙酮中，超聲1-4 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液； (3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備:稱0.2 g CTF-Tl置于陶瓷蒸發(fā)器內(nèi)，加入1-10mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點/CTF-Tl光催化劑。
[0008]一種如權利要求1所述的碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的應用:用于光解水產(chǎn)氫。
[0009]本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于:
(1)本發(fā)明首次將碳量子點負載于CTF-Tl上，有效地分離了光生電子和空穴，是一種負載型可見光催化劑；
(2)碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑具有良好的光解水產(chǎn)氫性能。
【附圖說明】
[0010]圖1為實施例1、2、3和4所得的CTF-Tl以及碳量子點/CTF-Tl光催化劑的粉末XRD圖；
圖2為實施例1、2、3和4所得的CTF-Tl以及碳量子點/CTF-Tl光催化劑的紫外可見漫反射譜圖；
圖3為實施例1、2、3和4所得的CTF-Tl以及碳量子點/CTF-Tl光催化劑光解水產(chǎn)氫的效果圖。
【具體實施方式】
[0011 ] 一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
(1)CTF-Tl的制備:在O°C攪拌的條件下，將40mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至30°C，靜置3天后，得到固體;將固體用160-200 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌;然后加入200-250 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在60-90°C條件下回流10-36 h，再用二氯甲烷在50-70°C條件下回流10-36 h，80°C真空干燥12 h，即得CTF-T1;
(2)碳量子點溶液的制備:將0.5g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，200-600 °C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產(chǎn)物分散于丙酮中，超聲1-4 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液；
(3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備:稱0.2g CTF-Tl置于陶瓷蒸發(fā)器內(nèi)，加入1-10mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點/CTF-Tl光催化劑。
[0012]以下是本發(fā)明的幾個實施例，進一步說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅限于此。
[0013]實施例1
一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
(I)共價三嗪聚合物的制備
在(TC攪拌的條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至30°C，靜置3天后，得到固體;將固體用160 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌;然后加入200 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在90°C條件下回流36 h，再用二氯甲烷在70°C條件下回流36 h，80°C真空干燥12 h，即得所述的共價三嗪有機聚合物；
(2)碳量子點溶液的制備
將0.5 g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，400°C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產(chǎn)物分散于丙酮中，超聲2 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液；
(3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備
稱取0.2 g CTF-Tl置于陶瓷蒸發(fā)器內(nèi)，加入I mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點負載量為0.08%的碳量子點/CTF-Tl光催化劑，計作CQ.Q8/CTF。
[0014]實施例2
一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
(1)共價三嗪聚合物的制備
在(TC攪拌的條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至30°C，靜置3天后，得到固體;將固體用160 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌;然后加入200 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在90°C條件下回流36 h，再用二氯甲烷在70°C條件下回流36 h，80°C真空干燥12 h，即得所述的共價三嗪有機聚合物；
(2)碳量子點溶液的制備
將0.5 g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，400°C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產(chǎn)物分散于丙酮中，超聲2 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液；
(3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備
稱取0.2 g CTF-Tl置于陶瓷蒸發(fā)器內(nèi)，加入3 mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點負載量為0.24%的碳量子點/CTF-Tl光催化劑，計作C0.24/CTF。
[0015]實施例3
一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
(1)共價三嗪聚合物的制備
在(TC攪拌的條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至30°C，靜置3天后，得到固體;將固體用160 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌;然后加入200 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在90°C條件下回流36 h，再用二氯甲烷在70°C條件下回流36 h，80°C真空干燥12 h，即得所述的共價三嗪有機聚合物；
(2)碳量子點溶液的制備
將0.5 g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，400°C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產(chǎn)物分散于丙酮中，超聲2 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液；
(3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備
稱取0.2 g CTF-Tl置于陶瓷蒸發(fā)器內(nèi)，加入5 mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點負載量為0.4%的碳量子點/CTF-Tl光催化劑，計作C0.4/CTF。
[0016]實施例4 一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
(1)共價三嗪聚合物的制備
在(TC攪拌的條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至30°C，靜置3天后，得到固體;將固體用160 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌;然后加入200 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在90°C條件下回流36 h，再用二氯甲烷在70°C條件下回流36 h，80°C真空干燥12 h，即得所述的共價三嗪有機聚合物；
(2)碳量子點溶液的制備
將0.5 g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，400°C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產(chǎn)物分散于丙酮中，超聲2 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液；
(3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備
稱取0.2 g CTF-Tl置于陶瓷蒸發(fā)器內(nèi)，加入10 mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點負載量為0.8%的碳量子點/CTF-Tl光催化劑，計作C0.s/CTF。
從圖1中可以發(fā)現(xiàn)碳量子點的引入未改變CTF-TI的化學結構。
[0017]從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，相對于母體樣品CTF-Tl，碳量子點/CTF-Tl光催化劑在可見光范圍內(nèi)出現(xiàn)一個新的吸收帶，拓寬了催化劑的光吸收范圍，提高了催化劑的光吸收性能。
[0018]從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，當催化劑用量為20 mg，以300 W氙燈作為光源，光源經(jīng)濾光片過濾，以保證入射光為可見光(λ > 400 nm)，以三乙醇胺做為電子犧牲劑，在鉑單質(zhì)共催化的情況下，進行光催化分解水產(chǎn)氫表征。從圖3可以看出，相對于母體樣品，碳量子點負載共價三嗪有機聚合物光催化劑的產(chǎn)氫活性都得到不同程度地提高。
[0019]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權項】
1.一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑，其特征在于:所述的CTF-Tl是一種共價三嗪有機聚合物;可見光催化劑中碳量子點占CTF-Tl質(zhì)量百分比為0.08%~0.8%。2.—種如權利要求1所述的碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，其特征在于:采用液相合成法制備CTF-Tl，然后采用浸漬法將碳量子點負載在CTF-Tl上，形成碳量子點/CTF-TI負載型可見光催化劑。3.根據(jù)權利要求1所述的碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)CTF-TI的制備 在(TC攪拌的條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至300C，靜置3天后，得到固體;將固體用160-200 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌；然后加入200-250 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在60-90°C條件下回流10-36 h，再用二氯甲烷在50-70°C條件下回流10-36 h，80°C真空干燥 12 h，即得CTF-Tl; (2)碳量子點溶液的制備 將0.5 g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，200-600°C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產(chǎn)物分散于丙酮中，超聲1-4 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液； (3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備 稱取0.2 g步驟(I)制得的CTF-Tl置于陶瓷蒸發(fā)器內(nèi)，加入1-10 mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑。4.一種如權利要求1所述的碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的應用，其特征在于:用于光解水產(chǎn)氫。
【文檔編號】C01B3/04GK105854937SQ201610287956
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】畢進紅, 李曉芬, 李留義, 梁詩景, 劉明華
【申請人】福州大學