[發明專利]多元氮化碳基非金屬材料、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201911255913.7
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN111068731A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 劉俊;鄧雁春;王智杰;豆小敏;劉孔;黃艷賓;馬萌萌;曲勝春;王占國
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所;北京林業大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/30;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

一種多元氮化碳基非金屬材料、制備方法及其應用，所述制備方法包括如下步驟：步驟1：將氧化石墨烯溶于尿素水溶液中，加入還原劑進行還原反應，得到含尿素和還原氧化石墨烯的前驅體；步驟2：將所述前驅體、碳量子點和草酸均勻混合，高溫煅燒，得到多元氮化碳基非金屬材料。本發明制備的多元氮化碳基非金屬材料，同時具有廣域吸光(吸收邊超過605nm)，促進活性物種超氧自由基(·O₂^?)生成和加速光生載流子分離的作用。上述協同作用，使得CD?rGO?O?g/C₃N₄對林可霉素具有很高的光催化活性。且本發明合成工藝流程簡單，可操作性強，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及環境保護技術領域，尤其涉及一種多元氮化碳基非金屬材料、制備方法及其應用。

背景技術

近年來，抗生素作為一種新型污染物，因其對生物體的潛在毒性以及對細菌變異引發的抗藥性備受人們關注。林可霉素，作為林可酰胺類抗生素的典型代表，因其大量使用，已經在食物、天然水和廢水中被檢測出來(含量50ng/L～1μg/L)。當前，開發高效去除典型抗生素的工藝和技術對生態環境保護具有重大意義。

石墨氮化碳作為一種不含金屬的聚合物半導體，因其容易制備、可調諧的電子結構、高穩定性和環境友好性而備受關注，將其作為光催化劑應用于清潔能源生產、環境污染物降解已成為當前研究熱點。但是石墨氮化碳因其可見光吸收不足、載流子復合率較高、低的導電性在實際應用中受到限制。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種多元氮化碳基非金屬材料、制備方法及其應用，以期至少部分地解決上述提及的技術問題的至少之一。

作為本發明的一個方面，提供一種多元氮化碳基非金屬材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將氧化石墨烯溶于尿素水溶液中，加入還原劑進行還原反應，得到含尿素和還原氧化石墨烯的前驅體；

步驟2：將所述前驅體、碳量子點和草酸均勻混合，高溫煅燒，得到多元氮化碳基非金屬材料。

作為本發明的另一個方面，還提供一種多元氮化碳基非金屬材料，采用如上述的多元氮化碳基非金屬材料的制備方法制備得到。

作為本發明的再一個方面，還提供一種如上述的多元氮化碳基非金屬材料作為光催化劑在降解水中林可霉素中的應用。

從上述技術方案可以看出，本發明相對于現有技術至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

(1)本發明設計多元氮化碳基非金屬材料CD-rGO-O-g/C₃N₄作為非金屬光催化體系，采用氧摻雜縮減石墨氮化碳帶隙，提高可見光吸收，具有廣域吸光(吸收邊超過605nm)；采用碳量子點修飾，促進主要活性基團產生；耦合還原氧化石墨烯，促進主要反應活性物種·O₂^-生成和提高載流子分離效率，利用三元組分的協同效應，實現水中林可霉素的高效降解；

(2)本發明中的CD-rGO-O-g/C₃N₄作為催化劑具有很強的實用性，可以在高濃度林可霉素(100mg/L)、寬pH范圍(3-9)、共存離子(Cl^-、CO₃^2-、HCO₃^-、SO₄^2-、Ca²⁺)下均具有優良活性和高的化學穩定性；

(3)本發明中的CD-rGO-O-g/C₃N₄作為催化劑不含有任何金屬，是非金屬碳基材料，元素來源豐富，環境友好；

(4)本發明合成工藝流程簡單，可操作性強，具有廣闊的應用前景。