[發(fā)明專利]一種氮化碳/鹵化氧鉍光電復(fù)合材料的制備方法及其用途

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201611156599.3
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106596664A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐麗;嚴(yán)鵬程;李赫楠;田玉輝;狄俊;夏杰祥;李華明
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/30;G01N27/38;G01N21/63;H01L31/0224
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電化學(xué)材料的制備及其用途，屬于光電材料領(lǐng)域，以及光電化學(xué)檢測領(lǐng)域，具體為一種氮化碳/鹵化氧鉍光電復(fù)合材料的制備方法及其用途。

背景技術(shù)

光電化學(xué)(PEC)檢測，作為一種便攜式的檢測分析方法，引起了全球的關(guān)注。與傳統(tǒng)的電化學(xué)方法和光學(xué)法相比，PEC技術(shù)匯集了上述兩種方法的優(yōu)點，從而提高了靈敏度和信噪比。從本質(zhì)上講，PEC分析方法的原理是半導(dǎo)體作為活性物種，在激發(fā)光的照射下，光生電子與空穴發(fā)生分離，然后活性物種捕獲了電子或者空穴，與目標(biāo)檢測物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而形成光電壓或者光電流。此外，PEC分析方法由于激發(fā)光源與檢測信號的分離，并大大降低背景噪聲，比傳統(tǒng)電化學(xué)分析方法具有更高的靈敏度。與傳統(tǒng)的光學(xué)方法相比，PEC分析方法具有儀器成本較為便宜、小型化等優(yōu)點。

近年來，鹵化氧鉍(BiOX,X＝Cl、Br、I)由于其獨特的層狀結(jié)構(gòu)，具有獨特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，因而在光催化降解污染物和太陽能電池方面有較為廣泛的應(yīng)用。然而鹵化氧鉍也暴露出一些缺陷，如電荷載流子快速重組，低效率的光吸收和電荷轉(zhuǎn)移速度慢。因此，很有必要提出改進的方法來優(yōu)化鹵化氧鉍，提高光生電子-空穴對的分離效率，進一步拓寬其光電化學(xué)的實際應(yīng)用。氮化碳(記為g-CN)是禁帶寬度為2.7eV半導(dǎo)體材料，它不僅在可見光區(qū)具有光催化能力，同時具有廉價、低毒、易于合成等特點，成為研究人員關(guān)注的熱點。g-CN被認(rèn)為是軟聚合物之王，可以包覆在半導(dǎo)體的表面，有助于提高光生載流子轉(zhuǎn)移速率。目前，有文獻報道g-CN與一些半導(dǎo)體復(fù)合，如g-C₃N₄/BiOI(J.Di,J.X.Xia,S.Yin,H.Xu,L.Xu,Y.G.Xu,M.Q.He,H.M.Li,J.Mater.Chem.A,2014,2,5340-5351)，g-C₃N₄/BiPO₄(C.S.Pan,J.Xu,Y.J.Wang,D.Li and Y.F.Zhu,Adv.Funct.Mater.,2012,22,1518)等。此外根據(jù)能帶計算，g-CN的能級與鹵化氧鉍能級相互交錯，使得光生電子和空穴能更好的分離。目前為止，利用微波輔助法合成氮化碳/鹵化氧鉍(g-CN/BiOX,X＝Cl、Br、I)，并探討其光電性能尚未有報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提出一種利用微波輔助法制備g-CN/BiOX的合成方法，并將其作為光電傳感器來檢測無色污染物。對比于鹵化氧鉍，g-CN的引入，加速復(fù)合材料的電荷轉(zhuǎn)移，促進了光生電子-空穴對的有效分離，并獲得了更優(yōu)異的光電性能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種氮化碳/鹵化氧鉍光電復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：

步驟1、氮化碳的制備：將三聚氰胺、2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪和乙腈置于聚四氟乙烯內(nèi)襯高壓釜中，攪拌使固體溶解；將聚四氟乙烯內(nèi)襯高壓釜轉(zhuǎn)移至烘箱中進行恒溫?zé)岱磻?yīng)；反應(yīng)完畢后，離心分離固體產(chǎn)物，并用水和乙醇洗滌產(chǎn)物，干燥，得到氮化碳，記為g-CN，為磚黃色固體粉末；

步驟2、氮化碳/鹵化氧鉍光電復(fù)合材料的制備：將五水合硝酸鉍溶解在盛有乙二醇的微波反應(yīng)管中，再向所述微波反應(yīng)管中加入鹵代咪唑離子液體，最后向所述微波反應(yīng)管中加入步驟1制備的氮化碳，得到最終的混合液；將所述混合液置于微波反應(yīng)器中進行微波反應(yīng)；反應(yīng)完畢后，自然冷卻至室溫；將得到的固體產(chǎn)物離心分離，并用水合乙醇洗滌，干燥，得到氮化碳/鹵化氧鉍光電復(fù)合材料，記為g-CN/BiOX，其中X為鹵素。

制備鹵化氧鉍材料的步驟與步驟2中相同，其區(qū)別在于不加入氮化碳。

步驟1中，所述三聚氰胺和2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪在乙腈中的濃度比為1:1；所述恒溫?zé)岱磻?yīng)的溫度為140～160℃，反應(yīng)時間為48h。

步驟2中，所使用的五水合硝酸鉍、乙二醇、鹵代咪唑離子液體、氮化碳的用量比為1mmol:20mL:1mmol:3.91～39.1mg；所述的微波反應(yīng)的溫度為140～160℃，反應(yīng)時間為15min。

步驟2中，所述鹵素為Cl、Br、I中的一種。

步驟2中，所述的鹵代咪唑離子液體為氯代1-辛基-3-甲基咪唑，溴代1-辛基-3-甲基咪唑，和碘代1-丁基-3-甲基咪唑。

所制備的氮化碳/鹵化氧鉍光電復(fù)合材料用于制備修飾電極，通過光電化學(xué)檢測雙酚A、對氯苯酚、環(huán)丙沙星或苯酚。

所述的修飾電極的制備方法為：