[发明专利]一种氮化碳纳米片负载碳化钛量子点及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及氮化碳纳米片负载碳化钛量子点的复合材料及其制备方法和应用。提供一种一种氮化碳纳米片负载碳化钛量子点的复合材料，碳化钛量子点Ti₂C₃均匀分布在氮化碳纳米片表面。其制备：1)碳化钛量子点的合成；2)将氮化碳的前驱体加入到步骤(1)得到的碳化钛量子点水溶液中，搅拌混合均匀，然后快速冷冻，随后真空干燥，惰性气氛下煅烧，得到氮化碳纳米片负载碳化钛量子点复合光催化材料。本发明提供的氮化碳纳米片负载碳化钛量子点用于光催化还原二氧化碳活性高，稳定性好，无毒无污染。

技术领域

本发明属于光催化材料合成技术领域，具体涉及一种氮化碳纳米片负载碳化钛量子点及其制备方法和应用。

背景技术

化石燃料的数量有限及其燃烧后产生具有温室效应的二氧化碳的持续排放对能源与环境领域造成了极大的威胁。环境和能源危机是当今社会两大重要问题，日益短缺的化石燃料和环境污染让人们迫切的想要寻找可替代化石燃料的清洁能源。氢能由于储能高对环境零污染受到了极大关注。自1972年日本科学家Fujishima 和 Honda发现光解水产氢以来，光催化逐渐进入研究者的视野。利用高效的光催化剂进行光催化还原二氧化碳被视为是一种最有望解决这些危机的策略之一。这种策略通过将二氧化碳转化为可再生的化石燃料，如甲烷、一氧化碳等清洁型燃料，为二氧化碳的循环重复利用奠定了良好的基础。

光催化二氧化碳还原是近年来材料科学研究的一个热点。提高催化剂光催化二氧化碳效率最常见的策略是添加助催化剂，特别是使用最常用的金属助催化剂如铂等贵金属。贵金属助催化剂虽然能有效地提高光催化效率，但价格昂贵限制了其应用和发展。因此，探索不含贵金属的助催化剂对提高光催化剂二氧化碳还原性能，促进其在生产和生活中的应用具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，而提供一种氮化碳纳米片负载碳化钛量子点及其制备方法和应用。该复合材料表现出很高的光催化二氧化碳还原活性，同时具有较好的催化稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

提供一种氮化碳纳米片负载碳化钛量子点，碳化钛量子点Ti₃C₂均匀分布在氮化碳纳米片表面。

按上述方案，碳化钛量子点质量百分比为0.2-0.8wt%，优选为0.4-0.5wt%，最优为0.5wt%。

按上述方案，所述氮化碳纳米片的厚度在1-2nm。

按上述方案，所述碳化钛量子点的直径在2-5nm。

上述氮化碳纳米片负载碳化钛量子点的制备方法，包括如下步骤：

（1）碳化钛量子点的合成：将Ti₃AlC₂经腐蚀除铝，得到碳化钛粉末，得到的碳化钛粉末分散在二甲基亚砜搅拌，然后洗涤除去二甲基亚砜溶剂后分散在去离子水中，惰性气氛保护下超声破碎后，用碱调pH到8-10，在100-120℃下进行水热处理，最后过滤得到碳化钛量子点的水溶液；

（2）氮化碳纳米片负载碳化钛量子点的合成：将氮化碳的前驱体加入到步骤（1）得到的碳化钛量子点水溶液中，搅拌混合均匀，然后快速冷冻，随后真空干燥，惰性气氛下煅烧，得到氮化碳纳米片负载碳化钛量子点复合光催化材料。

按上述方案，步骤（1）中的腐蚀处理为：在腐蚀剂中加入Ti₃AlC₂，在60℃油浴中搅拌20-24h，离心洗涤后除去上清液。

按上述方案，所述腐蚀剂为40%的氢氟酸，其中Ti₃AlC₂和腐蚀剂的体积质量比为：20ml/g。