[發明專利]一種碳量子點包覆金屬單原子-氮化碳復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 202110122602.4
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112973750B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 萬輝;丁靖;李宗媛;管國鋒;袁大水;陳雪茹;王雷
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/00;B01J37/02;B01J37/08;C01B3/04
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤

1.一種碳量子點包覆金屬單原子-氮化碳復合材料，其特征在于，所述的材料以石墨相氮化碳為載體，負載質量百分量為0.30％～3.00％的碳量子點包覆的金屬單原子；由以下方法制得，其具體步驟如下：

步驟1：將吡咯和對甲酰基苯甲酸分別溶于丙酸溶液中，向對甲酰基苯甲酸丙酸溶液中滴加吡咯丙酸溶液，控制滴加速度，在保護氣氛下升溫進行回流反應，反應結束后，冷卻、離心得到黑色固體，溶劑洗滌、真空干燥，得到有機卟啉配體TCPP；

步驟2：將步驟1制得的TCPP和金屬鹽加入含有溶劑的高壓釜中進行溶劑熱反應，所得固體經過離心、洗滌、真空干燥，得到含有金屬原子的卟啉配體；

步驟3：將步驟2制得的含有金屬原子的卟啉配體、有機碳源和水加入容器中進行水熱反應，所得溶液經過透析、冷凍干燥，得到金屬卟啉配體嵌入的碳量子點材料；

步驟4：將氮化碳前驅物在高溫中進行焙燒得到石墨相氮化碳粉末；

步驟5：將石墨相氮化碳在溶劑中進行超聲分散，制得氮化碳分散液；

步驟6：將步驟3得到金屬卟啉配體嵌入的碳量子點材料加入至步驟5制得的氮化碳分散液中，加熱攪拌后進行真空干燥，恒溫煅燒，制得碳量子點包覆金屬單原子-氮化碳復合材料。

2.如權利要求1所述的碳量子點包覆金屬單原子-氮化碳復合材料，其特征在于，步驟1中所述的對甲酰基苯甲酸和吡咯的摩爾比為1：(1～3)；滴加速度為0.50～5.00mL/min；保護氣氛為氮氣；回流溫度為130～200℃；回流時間為12～36h；洗滌溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、乙腈或氯仿。

3.如權利要求1所述的碳量子點包覆金屬單原子-氮化碳復合材料，其特征在于，步驟2中所述的金屬鹽為氯鉑酸、氯化鎳、氯化銅、氯化鈷、氯化亞鐵或硝酸銀；TCPP和金屬鹽的摩爾比為1：(1～4)；溶劑為二甲基亞砜、二甲基甲酰胺或二氯甲烷；溶劑的體積用量與金屬鹽的質量比為4～22mL/g；溶劑熱反應溫度為80～200℃，溶劑熱反應時間為8～24h；洗滌溶劑為甲醇、乙醇、二氯甲烷或丙酮。

4.如權利要求1所述的碳量子點包覆金屬單原子-氮化碳復合材料，其特征在于，步驟3中所述的有機碳源為尿素、檸檬酸或葡萄糖；含有金屬原子的卟啉配體和有機碳源的摩爾比為(0.50～3.00)：1；去離子水的體積用量與有機碳源的質量比為10～34mL/g；水熱反應溫度為80～160℃，水熱反應時間為5～20h；透析時間為12～36h。

5.如權利要求1所述的碳量子點包覆金屬單原子-氮化碳復合材料，其特征在于，步驟4中的氮化碳前驅物為三聚氰胺、尿素、雙氰胺或單氰胺；焙燒溫度為500～600℃；焙燒時間為2～6h。

6.如權利要求1所述的碳量子點包覆金屬單原子-氮化碳復合材料，其特征在于，步驟5中的溶劑為甲醇、水、乙醇、乙二醇或二甲基亞砜；溶劑的體積用量與石墨相氮化碳的質量比為1000～2000mL/g；超聲分散時間為0.50～3.00h。

7.如權利要求1所述的碳量子點包覆金屬單原子-氮化碳復合材料，其特征在于，步驟6中的金屬卟啉配體嵌入的碳量子點與步驟5中的石墨相氮化碳的質量比為(0.01～0.1)：1；加熱溫度為70～100℃；加熱時間為3～6h；煅燒溫度為150～350℃；煅燒時間為0.50～5.00h。

8.如權利要求1所述的碳量子點包覆金屬單原子-氮化碳復合材料在光催化分解水制氫中的應用。