[发明专利]一种碳量子点-石墨相氮化碳复合材料、制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种碳量子点‑石墨相氮化碳复合材料、制备方法及应用。将抗坏血酸与乙二醇在水溶液中混合，采用水热法制备碳量子点；将制备的碳量子点溶液稀释100倍；将稀释后的碳量子点溶液与脲混合；采用煅烧法煅烧上述混合液，制备碳量子点‑石墨相氮化碳复合光催化剂；将该复合光催化剂置于某种PPCPs溶液中，在可见光的照射下进行磁力搅拌。本发明的碳量子点‑石墨相氮化碳复合材料光催化能力强，能够催化氧化去除包括以药物和个人护理品在内的各种有毒有害的难降解有机微污染物。

技术领域

本发明涉及一种碳量子点-石墨相氮化碳复合材料、制备方法及应用。

背景技术

随着全球的高速发展，人们逐渐认识到环境污染和能源短缺已经成为制约人类可持续 发展的两大重要问题。因此，寻找和开发无污染环境修复技术和清洁环保能源已成为人类 社会可持续发展的重要紧急任务。在各种各样的绿色能源和可再生能源中，半导体光催化 技术由于可利用太阳光或人造光，以及产量丰富，逐渐发展成一种最具潜力的新型技术。 自1970年发现TiO₂作为电极分解水以来，半导体光催化作为一种绿色环保的技术，广泛 应用于有机物的去除和降解、水净化以及消毒。在过去的几十年中，由于二氧化钛廉价、化学性质优异和光化学稳定，已经开发了大量以二氧化钛为基础的光催化剂，应用于环境污染控制。然而，二氧化钛的带宽是3.2eV，只对紫外光响应，而紫外光在整个太阳光谱 中只占4％，可见光能量在太阳光能量中可达到43％。因此，寻找一种新型地、可利用可 见光的光催化材料显得尤为重要。

氮化碳(C₃N₄)聚合物可以追溯到1834年，但是石墨化氮化碳(g-C₃N₄)被用作异相催化剂是兴起于2006年。2009年，Wang等首次利用g-C₃N₄作为环境友好型的光催化剂 制氢。随后，在半导体光催化剂领域得到广泛研究。聚合g-C₃N₄是由地球上含量丰富的碳 和氮元素组成，它的表面活性可以通过多种方法改进，而的它的主体结构和成分基本上不 变。g-C₃N₄含有sp²杂化的碳和氮元素，构成了π共轭电子结构，相比于TiO₂，它的禁带 宽是2.7-2.8eV，因此可以吸收450-460nm附近的可见光。此外，g-C₃N₄也具有很强的化 学稳定性，不溶于酸、碱和有机溶剂，是一种稳定的化合物^[29]。基于上述特点，g-C₃N₄是 一种非常有前景的环境友好型光催化剂。然而，g-C₃N₄离实际应用还有些障碍，如空穴- 电子对的高复合率、低电导率和可见光吸收光谱窄。碳量子点拥有共轭π结构使其成为杰 出的电子运输器和接收器，而且碳量子点也拥有转换长波长光为短波长光的特性，这些特 点恰好可以用来改性g-C₃N₄，从而增强g-C₃N₄的光催化效率。

PPCPs是药品和个人护理品的英文缩写(pharmaceuticals and personal careproducts), 随后PPCPs作为药品和个人护理品的专有名词而被广泛接受。PPCPs类污染物具有较强的 持久性、生物累积和生态毒性，可使水生生物的物化或生化反应功能发生改变，也会增加 人类病原菌的耐药性。PPCPs在地表水、地下水、饮用水、污水处理厂、沉积物等环境介 质中不断被检出，引起了国内外的广泛关注。因此，亟需一种环境友好及能利用太阳光的 水处理技术处理PPCPs。

碳量子点和g-C₃N₄所含元素都是地球上含量很丰富的，碳量子点改性g-C₃N₄可以拓 宽g-C₃N₄吸收可见光的范围，并加速空穴-电子对的分离，从而提高g-C₃N₄的催化活性。