[發明專利]一種帶隙可調的黑磷量子點光催化劑以及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710696371.1
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107442144B
• 公開（公告）日: 2020-03-03
• 發明（設計）人: 元勇軍;楊舒慧;汪沛;楊艷;陳大欽
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B01J27/14
• 分類號: B01J27/14;B01J37/08;C09K11/70;B82Y20/00;B82Y40/00;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發明提供一種帶隙可調的黑磷量子點光催化劑以及其制備方法和應用。本發明的黑磷量子點光催化劑通過簡單的加熱反應方法制備，通過改變反應溶劑來調控黑磷量子點的尺寸和帶隙，進而增強黑磷量子點光催化劑的光催化性能。所研制的黑磷量子點可以有效地應用于光催化降解羅丹明B等有機污染物。本發明的黑磷量子點光催化劑具有綠色，低成本，穩定和制備工藝簡單等優點。

技術領域

本發明屬于環境友好材料領域，尤其是涉及一種帶隙可調的黑磷量子點光催化劑以及其制備方法和應用。

背景技術

全球經濟的快速發展導致了嚴重的環境污染問題，環境污染也成為社會可持續發展面臨的一個嚴重挑戰。近年來，以有機物為污染物的水污染日益加劇，開發低成本，綠色的處理方法已經成為人類社會發展的一個巨大挑戰。光催化降解有機污染物，利用豐富的太陽能為驅動力，在光催化劑表面將有機物分解，是處理水體中有機污染物最理想的方式之一。

在光催化降解有機污染物研究領域中，基于金屬氧化物、硫化物和氮化物的半導體光催化劑已經成為主流的光催化劑材料。但這些傳統的光催化劑受到帶隙寬，穩定性差，制備工藝復雜等缺點的限制，這也是光催化降解有機污染物研究領域發展面臨的一個關鍵科學難題。因此，設計制備可見光響應，穩定和制備工藝簡單的光催化劑具有重要的研究意義。

最近幾年，膠體量子點光催化劑因其可調的帶隙和較高的光催化性能在光催化領域引起了廣泛的關注。由于量子尺寸效應，低尺寸的半導體量子點材料的帶隙隨著它的粒徑增大而減少，它們對光的捕獲能力也隨著粒徑的增大而增強。目前，被廣泛應用于光催化降解有機污染物的量子點光催化劑主要有CdS,CdSe和AgInS₂等硫化物量子點材料。然而，CdS和CdSe含有高毒性的Cd元素，限制了它們的廣泛使用。另一方面，AgInS₂等量子點材料也受到制備成本高等缺點的限制。因此，設計綠色，低成本，制備工藝簡單的量子點光催化劑，對發展高效的光催化降解有機污染物技術具有重要的研究意義。

基于此，本發明提出一種帶隙可調的黑磷量子點光催化劑以及其制備方法和應用。本發明的黑磷量子點光催化劑，是一種可見光響應、綠色、穩定和低成本，可應用于光催化降解有機污染物的材料。

發明內容

本發明的第一個目的是針對現有量子點光催化劑毒性強、成本高、制備工藝復雜等不足，提出一種新型黑磷量子點光催化劑。該催化劑具有典型的低維結構，尺寸在2-3nm。本發明的黑磷量子點光催化劑，通過改變反應溶劑可以有效地改變黑磷量子點光催化劑的尺寸和帶隙。

本發明通過如下技術方案實現：

一種黑磷量子點光催化劑，具有低維結構，尺寸在2-3nm，其化學通式如下：P_x；

P_x，其中x為黑磷原子的個數，x的取值范圍在20-100。

本發明的第二個目的是提供一種黑磷量子點光催化劑的制備方法，在較低反應溫度通過液體剝離方法制備。

該方法具體是以黑磷晶體粉末為原料，以N-甲基吡咯烷酮和油酸的混合溶液為反應溶劑，在加熱下可以制備得到黑磷量子點材料，通過離心即得本發明所需的黑磷量子點溶液。

根據本發明，需加入N-甲基吡咯烷酮和油酸作為反應溶劑，黑磷粉末質量濃度為0.1mg/ml。

根據本發明，加熱反應之前，先將原料超聲分散均勻。

根據本發明，在反應瓶加熱到150-200℃，保溫6-24小時，生成黑磷量子點光催化劑。

本發明的第三個目的是涉及上述黑磷量子點光催化劑的應用。該黑磷量子點光催化劑可用于光催化降解有機污染物。

將本發明的黑磷量子點光催化劑分散在乙醇和水溶液中，可見光照射下可分解羅丹明B等有機污染物。