[发明专利]一种三元可见光光催化纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三元可见光光催化纳米复合材料及其制备方法，属于功能材料技术领域，包括以下步骤：S1、磷掺杂石墨烯量子点的制备以芘和硝酸为原料，制备三硝基芘；将所述三硝基芘加入水，并加入磷源，调整pH至10～11，在180℃进行水热反应，制备磷掺杂石墨烯量子点；S2、制备S1磷掺杂石墨烯量子点水溶液，并与二氧化钛纳米颗粒、硝酸银和碘化钾混合，过滤，干燥，制备三元可见光光催化纳米复合材料；将制作的纳米材料放入甲基橙溶液中在可见光照射下，10分钟催化效率可达99.35％，表现出及其优异的催化性能。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种三元可见光光催化纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

有机染料水污染给人们的健康和生命带来了巨大的隐患，已经成为全球面临的重大挑战。半导体光催化是解决这一问题非常有前景的方法。在半导体多元光催化中，来自环境的多种难降解污染物在紫外线/可见光照射下被分解，已知研究的几种光催化半导体材料中，二氧化钛是最有潜力的一种，具有性能稳定、无毒、成本低等特点，自1972年首次应用于水分解以来，被广泛应用到多个领域。然而，例如宽带隙，载流子高复合率等缺点限制了其光催化效率。且目前制备以二氧化钛为主成分的光催化复合材料，只是在紫外光下能够对水中有机染料污物起到催化降解效果，而在可见光波长区域催化效果很差，对太阳光能量利用率极低，难以大规模商用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三元可见光光催化纳米复合材料及其制备方法，通过简便的方法将二氧化钛纳米级颗粒与磷掺杂石墨烯量子点，和碘化银结合成纳米复合材料，在二氧化钛表面引入磷掺杂石墨烯量子点是提高二氧化钛光敏化，并与二氧化钛形成P/N节显著提高载流子传输减少与光生电子复合，碘化银与二氧化钛耦合构建一种异质结形成半导体表面之间界面能偏差，可以增加电荷空穴分离效率，并且碘化银对可见光辐射吸收有很强的吸收能力；本发明复合材料可高效利用太阳光用于分解水中不同的有机污染物。

本发明具体是通过如下技术方案来实现的。

本发明的第一个目的是提供一种三元可见光光催化纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、磷掺杂石墨烯量子点的制备

以芘和硝酸为原料，制备三硝基芘；将所述三硝基芘加入水，并加入磷源，调整pH至10～11，在180℃进行水热反应，制备磷掺杂石墨烯量子点；

S2、制备S1磷掺杂石墨烯量子点水溶液，并与二氧化钛纳米颗粒、硝酸银和碘化钾混合，过滤，干燥，制备三元可见光光催化纳米复合材料。

优选的，S1中，芘与硝酸的用量比为1g：100mL。

优选的，S1中，所述三硝基芘的制备是在80℃下水浴加热回流搅拌12h。

优选的，S1中，所述磷源为十二水磷酸氢二钠。

优选的，S1中，三硝基芘：水：磷源得到用量比为1mg：1mL：0.03g。

优选的，S1中，水热反应的时间是6h。

优选的，S1中，水热反应结束后，使用截留分子量为3500Da透析袋将溶液透析24～36h，之后干燥。

优选的，S2中，原料加入顺利为：将二氧化钛纳米颗粒分散在磷掺杂石墨烯量子点水溶液中，加入硝酸银，混合均匀后，搅拌过程中逐滴加入碘化钾水溶液。

优选的，S2中，磷掺杂石墨烯量子点水溶液的浓度为0.2mg/mL，二氧化钛纳米颗粒：磷掺杂石墨烯量子点水溶液：硝酸银：碘化钾的用量比为0.5g：500mL：0.097g：0.092g。

本发明的第二个目的是提供由上述制备方法制备的三元可见光光催化纳米复合材料。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：