[发明专利]负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片及其制备方法和应用，该负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片是以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体，其表面负载有金纳米粒子。其制备方法包括：制备磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液，并将其与氯金酸溶液混合制得本发明的纳米片。本发明负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片具有光电能力强、稳定性高、比表面积大、孔径规整有序、分散性能好、光能利用率高等优点，其制备方法具有制备工艺简单、成本低等优点，适合于大规模制备。本发明负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料可用于检测或降解环境污染物，能够取得较好的效果，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种用于检测和降解环境污染物的功能型纳米材料，具体涉及一种负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

随着化石能源的逐渐短缺，越来越多的人把目光转移至太阳能等可再生能源上。半导体光电化学催化技术引起了研究者的极大关注，且在发光设备、光学探测器、光电化学电池等方面获得了广泛应用，同时也可以解决能源与环境的诸多问题。光电化学催化通过选择半导体光电极(或粉末)材料和(或)改变电极的表面状态(表面处理或表面修饰催化剂)来加速光电化学反应的作用。但是，普遍存在的问题有光能转换效率低、催化剂活性不够高、催化剂选择性不够好、催化剂寿命不够长、光生载流子容易出现复合等。为了避免这些不利因素，进一步提高太阳能的转换效率，必须要设计高分离效率的光催化剂。

作为一种用于光催化产氢和环境污染处理的光催化剂，石墨相的非金属半导体氮化碳(g-C₃N₄)得到了广泛关注和研究，但是它本身仍存在不足：低的比表面积和高的载流子复合率。常用的优化方法有：通过剥离和热腐蚀降低氮化碳的厚度来增加高活性位点和缩短载流子传输路径；制备纳米孔隙结构或者破坏材料的2D共轭层结构；构建异质结；利用杂原子掺杂和缺陷优化能带结构和载流子分离效率。然而，这些方法存在工艺复杂、操作困难、成本高等问题，且由它们制得的石墨相氮化碳光催化剂仍存在以下不足：比表面积小、电子和空穴分离不完全、电子传输速度慢，以及出现重新复合等。上述问题的存在，极大地限制了基于石墨相氮化碳的新型光电化学催化材料在光电化学催化领域的应用范围，因此有必要采用简单的优化方法显著提高石墨相氮化碳的光电化学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种光电能力强、稳定性高的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片及其制备方法，还提供了一种该负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料在检测或降解环境污染物中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片，所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片是以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体，所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面负载有金纳米粒子。

上述的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片，进一步改进的，所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片中磷杂化石墨相氮化碳纳米片与金纳米粒子的质量比为1∶0.01～0.2。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的制备方法，包括以下步骤：

S1、将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散于甲醇/水混合溶液中，得到磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液；

S2、将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液与氯金酸溶液混合，搅拌，光催化还原反应，得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片。

上述的制备方法，进一步改进的，所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片是将磷杂化石墨相氮化碳粉体升温至400℃～520℃热处理2h～4h制得。

上述的制备方法，进一步改进的，所述磷杂化石墨相氮化碳粉体的制备方法包括以下步骤：