[发明专利]一种表面改性的纳米级石墨相氮化碳光催化剂的制备方法与用途

说明书

本发明公开了一种表面改性的纳米级石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，属于材料制备及光催化技术领域。该制备方法为：将石墨相氮化碳前体分散在乙醇中，加入一定比例的苯甲酸或4‑甲基苯甲酸；混合物在搅拌的条件下加热回流2小时以上；冷至室温后将所得固体用乙醇多次洗涤，烘干后制得表面改性的石墨相氮化碳光催化剂。本发明的制备方法原料价廉，步骤快速、简单，所得催化剂光催化性能优异，可广泛的应用于光催化降解有机物等领域。

技术领域

本发明属于材料制备及光催化技术领域，具体涉及一种表面改性的纳米级石墨相氮化碳光催化剂。

背景技术

随着人类社会的进步和全球工业的发展，环境污染问题日益严重，光催化技术作为净化环境最有应用价值的绿色技术之一，受到了广泛关注。

石墨相氮化碳是一种新型有机聚合物半导体光催化，具有稳定性好、无毒、易得和具有可见光响应等优点。氮化碳光催化剂材料在光催化分解水产氢、催化有机反应和降解有机污染物等领域具有很好的应用。但其仍然存在着不可忽视的缺陷：光生载流子易复合，导致光催化效率较低。目前已有报道如利用4-硝基苯甲酸对氮化碳进行表面修饰，从而抑制其光生电子-空穴对的复合，提高其光催化活性(J.Mater.Chem.A,2013,1,5142)。但其使用N,N-二甲基乙酰胺为溶剂，有毒且反应温度高、时间长。本发明所述的制备方法快速简单、成本低廉、不使用任何有毒溶剂，所制得的催化剂在水中分散性好、光催化活性高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面改性的纳米级石墨相氮化碳光催化剂的制备方法与用途，本发明的制备方法快速简单、原料易得、成本低廉，所制得的催化剂在水中分散性好、光催化活性高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种表面改性的纳米级石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨相氮化碳前体超声分散于乙醇中，得到氮化碳分散液；

(2)将苯甲酸或4-甲基苯甲酸加到步骤(1)所得分散液中，搅拌均匀；苯甲酸或4-甲基苯甲酸与氮化碳的质量比为0.2～0.4:1。

(3)将步骤(2)所得混合分散液在搅拌的条件下加热回流2～4h后自然冷却，将所得产物用乙醇反复洗涤后烘干。本发明中通过回流反应使苯甲酸或4-甲基苯甲酸牢固附着在氮化碳表面；用乙醇反复洗涤以除去催化剂中游离的苯甲酸或4-甲基苯甲酸。

优选的，上述步骤(1)中石墨相氮化碳前体的质量浓度为0.5～2.5％。

优选的，上述步骤(1)中超声分散时间为15min以上。

优选的，上述步骤(2)中所述苯甲酸或4-甲基苯甲酸与石墨相氮化碳前体质量比为0.2～0.4:1。

优选的，上述步骤(3)中的回流时间为2～4h。

根据本发明的另一个方面，上述制备方法所得表面改性的石墨相氮化碳光催化剂可应用于光催化降解有机污染物。

在研究石墨相氮化碳前体的改性过程中，采取与4-硝基苯甲酸电负性相近的4-氯苯甲酸对石墨相氮化碳前体进行改性，发现其降解甲基橙的性能反而低于氮化碳前体，在1h内的降解速率大约为前体的0.9倍；采取电负性低的4-叔丁基苯甲酸作为改性剂，所得结果与石墨相氮化碳前体相比，发现其降解甲基橙的性能也低于氮化碳前体，在1h内的降解速率大约为前体的0.6倍。

本发明通过高通量筛选改性剂得出苯甲酸或4-甲基苯甲酸为改性剂，而且制备出的表面改性的石墨相氮化碳光催化剂用于光催化降解有机污染物起到了意料不到的技术效果。

本发明的表面改性的石墨相氮化碳光催化剂显著优点在于：

(1)本发明的制备方法快速简单、原料易得、成本低廉。