[發明專利]含羧基苝酰亞胺/氧摻雜氮化碳納米片異質結光催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010046812.5
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111389458B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 徐婧;王周平;高遒竹
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B01J31/02
• 分類號: B01J31/02;B01J31/06;B01J35/06;A01N43/90;A01N59/16;A01P3/00;A01P1/00;C02F1/30;C01B13/02;A62D3/17;A62D101/28
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 余俊杰

本發明公開了含羧基苝酰亞胺/氧摻雜氮化碳納米片異質結光催化劑及其制備方法和應用，所述光催化劑由含羧基苝酰亞胺和氧摻雜氮化碳納米片通過靜電作用和π?π相互作用復合而成，其中氧摻雜氮化碳納米片和含羧基苝酰亞胺的質量比范圍為1:0.001～0.8；所述羧基苝酰亞胺通過原位法修飾到氧摻雜氮化碳納米片上。與現有技術相比，本發明具有以下優點：(1)本發明所述的光催化劑相比于現有技術中的O?CN及PDI擁有更為優異的光催化降解污染物、殺滅致病菌以及光解水產氧的性能；(2)本發明所述方法原料價廉、工藝簡單，有效降低了產品成本，適合于工業化大批量生產，具有很高的應用前景和實用價值。

技術領域

本發明屬于光催化材料技術領域，涉及一種異質結光催化劑，具體為含羧基苝酰亞胺/氧摻雜氮化碳納米片異質結光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

氮化碳是一種非金屬n型有機半導體可見光光催化劑，具有制備簡單、成本低、穩定性好、無毒性、易調控等優點，因而廣泛應用于降解污染物和抗菌等方面。但是，傳統縮聚法制備的氮化碳顆粒尺寸大、可見光利用率低、量子效率低，致使其光催化活性不夠理想。因此，開發出具有納米結構形貌，寬可見光譜響應范圍以及快速的光生載流子分離和遷移能力的氮化碳基光催化劑至關重要。

苝酰亞胺(PDI)是一種新型n型有機半導體光催化劑，通過自組裝法制備出具有連續能級結構的PDI超分子納米纖維，表現出光譜響應范圍廣和光氧化能力強等優點，因而廣泛應用于降解污染物、光解水產氧和抗腫瘤等方面。但是，端位未修飾親水基團的PDI在水中的分散性差、催化活性易受pH影響、光生電子-空穴對的復合幾率高、且光還原能力較弱，影響其在光催化領域的應用前景。

發明內容

解決的技術問題：為了克服現有技術的不足，獲得一種具有納米結構形貌，寬可見光譜響應范圍以及快速的光生載流子分離和遷移能力的光催化劑，本發明提供了含羧基苝酰亞胺/ 氧摻雜氮化碳納米片異質結光催化劑及其制備方法和應用。

技術方案：含羧基苝酰亞胺/氧摻雜氮化碳納米片異質結光催化劑，所述光催化劑由含羧基苝酰亞胺和氧摻雜氮化碳納米片通過靜電作用和π-π相互作用復合而成，其中氧摻雜氮化碳納米片和含羧基苝酰亞胺的質量比范圍為1:0.001～0.8；所述羧基苝酰亞胺通過原位法修飾到氧摻雜氮化碳納米片上。

含羧基苝酰亞胺/氧摻雜氮化碳納米片異質結光催化劑的制備方法，所述方法以3-氨基 -1,2,4-三氮唑為原料，通過熱刻蝕-水熱相結合的方法制備氧摻雜氮化碳納米片，通過自組裝法制備含羧基苝酰亞胺超分子納米纖維，最后通過原位法將羧基苝酰亞胺修飾到氧摻雜氮化碳納米片上。

優選的，所述方法具體步驟為：

(1)以3-氨基-1,2,4-三氮唑為原料，在空氣氣氛下進行煅燒，制備得到塊狀氮化碳，再將塊狀氮化碳研磨后在空氣氣氛下進行二次煅燒，制備得到氮化碳納米片，然后將氮化碳納米片超聲分散在過氧化氫水溶液中，并進行水熱反應，反應完后冷卻，進行固液分離收集沉淀，將沉淀干燥研磨成粉，制備得到氧摻雜氮化碳納米片；

(2)將3,4,9,10-四羧酸二酐、咪唑和β-氨基丙酸混合進行加熱回流反應，冷卻至室溫，再加入乙醇和鹽酸進行攪拌反應，固液分離收集沉淀物，將沉淀物過濾洗滌至中性，干燥研磨得到含羧基苝酰亞胺粗產品，然后將粗產品分散在水中，加入三乙胺進行攪拌，使得含羧基苝酰亞胺完全溶解，形成含羧基苝酰亞胺溶液；

(3)將步驟(1)中所得氧摻雜氮化碳納米片超聲分散在水中，加入步驟(2)中所得含羧基苝酰亞胺溶液，進行攪拌超聲混合，再加入硝酸進行加熱攪拌，反應結束后進行固液分離收集沉淀，沉淀經洗滌干燥并研磨，即得含羧基苝酰亞胺/氧摻雜氮化碳納米片異質結光催化劑。

優選的，步驟(1)中所述煅燒包括依次進行的升溫加熱階段和恒溫階段；所述升溫加熱階段的升溫速率為1～12℃/min；所述恒溫階段的溫度為450～600℃，恒溫時間為1～8h；所述超聲功率為200～800W，超聲頻率為10～50kHz，超聲時間為5～60min。