[發明專利]一種稀土離子摻雜三氟化鈰-石墨相氮化碳復合光催化材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010680605.5
• 申請日: 2020-07-15
• 公開（公告）號: CN111715265B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 陸曉旺;張勤芳;侯海軍
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;B01J35/02;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 殷星

本發明公開了一種稀土離子摻雜三氟化鈰?石墨相氮化碳復合光催化材料及其制備方法與應用。將g?Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;放入去離子水中超聲剝離得到懸浮溶液，將Ce(NOsubgt;3/subgt;)subgt;3/subgt;·6Hsubgt;2/subgt;O，NHsubgt;4/subgt;F，Pr(NOsubgt;3/subgt;)subgt;3/subgt;·6Hsubgt;2/subgt;O加入懸浮液中，調節調節體系pH為4～5，并磁力攪拌混合均勻。然后將其轉移到不銹鋼外套聚四氟乙烯內膽的高壓水熱反應釜中，水熱釜里進行水熱反應在160~180℃下反應10~16小時，得到一種稀土離子摻雜三氟化鈰/石墨相氮化碳上轉換復合光催化材料。該材料應用于光催化降解染料廢水領域，其在可見光光照60min后，對亞甲基藍的降解率達93%。

技術領域

本發明涉及化工新材料領域，具體涉及一種稀土離子摻雜三氟化鈰-石墨相氮化碳復合光催化材料及其制備方法與應用。

背景技術

隨著我國紡織工業的發展，產生了大量的有機染料廢水。這類廢水如果不能妥善處理，將會嚴重污染環境和威脅人類健康。當前國內外常用于工業染料廢水處理的方法有:生物處理法、化學絮凝法、化學氧化法、吸附法和電化學法等方法。但是都存在具有一定的二次污染，處理效率低，處理和運行成本高等問題，不能滿足可持續發展要求，而光催化降解技術應用于環境控制領域具有高效、綠色、經濟、有效利用太陽能等優點。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一種具有類石墨烯的二維結構的有機半導體光催化材料，其具有制備方法簡單，成本低廉，物理化學性質穩定、環境友好、合適的禁帶寬度和具有可見光催化活性等優點，但其在環境光催化領域內的實際應用還存在一些問題，如光生電子-空穴復合較快、量子效率低和對太陽光中可見光吸收能力差(不能吸收波長大于460nm的可見光)。

發明內容

為了充分利用太陽光能量中占多數的可見光，抑制光生電子與空穴復合，提高光催化效率通常將多種半導體復合形成異質結構是有效的方法之一。三氟化鈰(CeF₃)是一種功能性稀土氟化物材料，具有獨特的光學性質、對其進行摻雜使其具有良好的上轉換發光特性，可用作光催化劑。

為了解決太陽光的利用率低，光生電子空穴易復合，光催化活性低等問題，本發明提供了一種稀土離子摻雜三氟化鈰-石墨相氮化碳復合光催化材料及其制備方法與應用，該復合光催化材料具有較寬的光譜響應特性，通過在二維石墨相氮化碳表面原位生長粒徑均勻的稀土摻雜的三氟化鈰納米粒子，構建異質結結構；一方面，稀土離子摻雜三氟化鈰作為光催化材料，和石墨相氮化碳形成異質結結構，促進光生電子與空穴的有效分離；另一方面，稀土離子摻雜三氟化鈰作為上轉換發光材料，可將近紅外光或可見光上轉換為可見光或紫外光，擴大復合材料光譜響應范圍，提高光催化活性。

本發明通過稀土離子摻雜三氟化鈰與石墨相氮化碳形成異質結，不僅減少光生電子與空穴的復合，而且擴大了半導體材料的光響應范圍，提高了太陽光的利用率，從而大大提高了光催化活性。

一種稀土離子摻雜三氟化鈰-石墨相氮化碳復合光催化材料，所述復合光催化材料屬于增強型寬光譜響應材料，由稀土離子摻雜三氟化鈰(CeF₃)和石墨相氮化碳組成，其中，稀土離子摻雜三氟化鈰占石墨相氮化碳質量的10％～50％。

上述稀土離子摻雜氟化鈰/石墨相氮化碳上轉換增強型寬光譜響應復合光催化材料的制備方法，包括以下步驟：