[發(fā)明專利]一種基于上轉(zhuǎn)換納米六方體的復(fù)合光催化劑的制備及應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110422171.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN113101960A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏梅;郝夢(mèng)嬌;張晶;魏全勇;趙悅英;馮曉雯;于京華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;B01J21/06;B01J37/10;B01J35/10;C09K11/02;C09K11/85;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38
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本發(fā)明公開了一種上轉(zhuǎn)換納米六方體包覆二氧化鈦、石墨相氮化碳的復(fù)合光催化劑的制備及其應(yīng)用，包括以下步驟：1）高溫水熱法合成六方相UCNRs；2）鈦酸四丁酯經(jīng)過氨水條件下緩慢水解、高溫煅燒將TiO₂均勻包覆在上轉(zhuǎn)換納米六方體外部；3）在氮?dú)夥諊聦吻璋吩赨CNRs@TiO₂外部原位煅燒生長(zhǎng)得到UCNRs@TiO₂@g?C₃N₄；本發(fā)明中的上轉(zhuǎn)換納米材料能夠有效吸收太陽光中的紅外光，并發(fā)射出可被二氧化鈦/石墨相氮化碳吸收的可見/紫外光；而二氧化鈦/石墨相氮化碳半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)也可以直接吸收太陽光中的紫外光，解決了目前大多光催化劑的光吸收波長(zhǎng)范圍主要集中在紫外區(qū)，對(duì)太陽光的利用率較低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及上轉(zhuǎn)換納米材料、光催化領(lǐng)域，特別涉及一種上轉(zhuǎn)換納米六方體包覆二氧化鈦、石墨相氮化碳的復(fù)合光催化劑的制備及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

水體中有機(jī)污染物日益嚴(yán)重，尤其是有機(jī)偶氮染料，由于其具有毒性大、難降解、化學(xué)需氧量高等特點(diǎn)，嚴(yán)重危害著生態(tài)安全與人體健康。因此更高效、更經(jīng)濟(jì)的清潔材料尤為重要。

光催化過程本身涉及了光能的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化，因而目前其在能源轉(zhuǎn)化、環(huán)境自清潔以及污水治理等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。近年來，半導(dǎo)體光催化技術(shù)作為一種環(huán)境友好的、可持續(xù)的廢水處理技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

二氧化鈦(TiO₂)由于其無毒無害、容易制備、穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，是研究和應(yīng)用最多的光催化劑。然而，TiO₂也存在著許多缺陷：(1)禁帶寬度較大，光吸收波長(zhǎng)范圍主要集中在紫外區(qū)，對(duì)太陽光的利用率較低；(2)光生電子對(duì)易復(fù)合，量子效率低；(3)比表面積小，吸附能力差。這些缺點(diǎn)直接或間接的導(dǎo)致了TiO₂的光催化效率降低。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)由于其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、光電性質(zhì)和非定域的共軛電子效應(yīng)，在可見光區(qū)有較強(qiáng)的吸光系數(shù)，具有很大的潛在應(yīng)用。

鑭系摻雜的上轉(zhuǎn)換納米材料是一種能吸收多個(gè)低能量光子而發(fā)射高能量光子的材料，可以將近紅外光(NIR)轉(zhuǎn)化成紫外光和可見光，具有良好的化學(xué)和光學(xué)穩(wěn)定性、窄的發(fā)射峰、低自發(fā)熒光背景、低毒性、大的反斯托克斯位移和較長(zhǎng)的熒光壽命。將其與半導(dǎo)體光催化材料結(jié)合使用，則可以吸收近紅外的光，使用近紅外（NIR）光的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是其區(qū)域占太陽光譜的很大一部分（約50％）。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種上轉(zhuǎn)換納米六方體包覆二氧化鈦、石墨相氮化碳的復(fù)合光催化劑的制備及其應(yīng)用，旨在解決目前大多光催化劑的光吸收波長(zhǎng)范圍主要集中在紫外區(qū)，對(duì)太陽光的利用率較低的問題；通過TiO₂和g-C₃N₄的復(fù)合，也改善了TiO₂存在的光聲載流子易復(fù)合的問題。

具體制備步驟如下：

（1）將30 mmol NaOH加入到6 ml水中，攪拌至其溶解后加入20ml乙醇，20ml油酸，室溫下攪拌；稱量1.6 mmol稀土化合物 （Y:Yb:Tm=79.8：20：0.2）加入到NH₄F溶液中（2mM），溶解后加入到上述NaOH溶液中，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜，200 ℃反應(yīng)4~12 h；分別用乙醇和超純水清洗3次后于60 ℃的真空干燥箱中干燥6~12 h，得到的白色粉末為油酸包裹的Yb，Tm稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換納米六方體；

（2）將1 g上述白色粉末分散到40 mL 乙醇（pH為4）中，室溫下攪拌，去除其表面的油酸，加入4 mL PVP溶液，攪拌4小時(shí)，清洗離心后得到親水性的上轉(zhuǎn)化納米立方體；