[发明专利]一种GaN/CQDS复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，涉及一种催化剂，具体来说是一种GaN/CQDS复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球范围内的环境污染尤其是水污染问题的加剧，环境光催化成为科学家解决污染问题的一个重要研究方向。目前与光催化降解有机物的相关研究国内外报道不胜枚举，由于光催化技术的反应体系在光照条件下能将光波能量转变为化学能，因此许多在正常条件下难以实现的反应，在室温条件下也可以顺利发生并且持续进行。而且在半导体光催化剂存在的情况下，多种有机污染物可以直接被太阳光分解为无机物、H₂O和CO₂，而且光催化剂本身并没有污染，光催化技术达到了使环境有害的物质分解的目的，而又不会带来其他的污染。纳米材料具有合适的禁带宽度，高的长径比，高的比表面积等优点，有利于光催化活性的提高，被广泛应用于光催化领域，然而自身又存在一些弊端，例如氧化锌作为光催化剂被普遍应用，但有着耐光腐蚀性差，对环境pH值要求苛刻等缺点。常用手段主要通过掺杂以及表面修饰以调整能带结构、改良其性能来解决上述问题。近来的研究表明，GaN基一维纳米材料由于具有高的比表面积，已广泛应用于激光器，发光二极管，场效应晶体管，光探测器等。目前，GaN材料的光电性能已经受到了广泛的研究，但其光催化性能的报道则很少，其稳定的物理化学性质对光催化剂本身来说有着重要意义。而更小尺度的碳量子点因其优秀的生物兼容性、良好的光诱导电子传递能力等方面的独特性质，相对金属量子点而言，碳量子点无毒害作用，对环境的危害很小，制备成本低廉，因此，介于GaN材料稳定的物理化学性质和CQDs廉价及良好的生物兼容性等特点，通过制备复合光催化剂将具有很高的新颖性和吸引力。

就制备方法而言化学气相沉积法是制备纳米结构材料最常用的方法之一，这种方法与其他方法相比具有结晶度和取性好等特点，并且操作简便。同时，碳量子点制备过程非常简单，廉价，更利于实现量化。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种GaN/CQDS复合光催化剂及其制备方法和应用，所述的这种GaN/CQDS复合光催化剂及其制备方法和应用解决了现有技术中的光催化剂耐光腐蚀性差，对环境pH值要求苛刻的技术问题。

本发明提供了一种GaN/CQDS复合光催化剂，由GaN和碳量子点CQDS组成，在所述的催化剂中，GaN的质量百分比为99.99%-90%，所述的碳量子点CQDS的质量百分比为0.01%-10%；所述的GaN为纳米线结构，所述纳米线的直径为60-120nm。

优选的，在所述的催化剂中，GaN的质量百分比为99.9%，所述的碳量子点的质量百分比为0.1%；

本发明还提供了上述的一种GaN/CQDS复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)称取纯度99.999%以上的GaN及纯度99.999%以上的Ga₂O₃，GaN和Ga₂O₃的质量比为1.5-2.5:1，混合后研磨，制得粒径为700-900nm，长度为1.5-2.5um的混合镓源；

2)称取步骤1）获得的混合镓源，加入一个反应容器中，以硅片或Al₂O₃为衬底，进行化学气相沉积制备GaN纳米线，上述化学气相沉积法过程的控制参数为：生长温度1000-1100℃，生长时间25-35min，升温速度25-35℃/min，氩气流量10-20sccm，氨气流量10-30sccm；

3)一个制备碳量子点CQDS的步骤，称取木炭放置于另外一个反应容器中，加入硝酸溶液，放置于超声波仪器中超声，取上清液加入碱溶液调整PH值至中性，然后将上清液离心，得到褐色上清液，将褐色上清液干燥，得到碳量子点CQDS；

4)将CQDS和GaN纳米线按照质量百分比混合、搅拌，搅拌后放置于超声波仪器中，控制频率为150-250W进行超声20-40min，然后将混合物放置于真空干燥箱中控制温度80-105℃干燥10-30h，得GaN-CQDS复合光催化剂。

进一步的，所述的碱溶液为NaOH溶液，其质量百分比浓度为10-30%。

进一步的，所述的硝酸溶液的浓度为4-6mol/L。

进一步的，步骤3）中，所述的木炭和硝酸的质量摩尔比为2g:2~3mol。

本发明还提供了上述的一种GaN/CQDS复合光催化剂在光催化降解有机物罗丹明B中的用途。