一種碳量子點/ctf-t1負載型可見光催化劑的制作方法
【專利摘要】本發明公開了不含重金屬的環境友好型可見光催化劑的制備方法和應用，屬于材料制備及光催化技術領域。采用液相合成法制備CTF?T1，然后將碳量子點負載在CTF?T1上，形成碳量子點/CTF?T1光催化劑。本發明制備的光催化劑不含重金屬，具有良好的光解水產氫性能，具有較大的應用潛力。
【專利說明】
一種碳量子點/CTF-T1負載型可見光催化劑
技術領域
[0001]本發明屬于材料制備及光催化技術領域，具體涉及一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑。
【背景技術】
[0002]環境污染與能源危機是當今人類所面臨的兩個重大問題。因此，利用可再生資源開發經濟的、可持續發展的能源顯得尤其重要。目前，人們常用物理、化學、生物等治理措施來解決能源短缺與環境污染問題。在眾多治理技術中，半導體光催化技術由于反應徹底、反應條件溫和、無二次污染等優點，迅速發展為一種可利用太陽能進行能源轉化和環境凈化的新技術，被廣泛應用于光解水制氫及降解有機污染物中，成為目前最受關注的研究熱點。
[0003]在已發展的新型光催化劑中，共價三嗪有機聚合物(CTFs)內部是由三嗪環鏈接有機官能團而形成的框架結構，穩健的共價鍵使其表現出較高的化學穩定性和熱穩定性。同時，材料的光吸收性能顯示其具有可見光響應及合適的禁帶寬度，這些性質預示著共價三嗪有機聚合物(CTFs)是一類潛在的具有開發前景的新型非金屬有機光催化劑。然而，其仍然存在著光生載流子復合率高，量子效率低等問題，嚴重制約了其進一步的發展。解決這一問題的方法是對催化劑進行改性。如:金屬離子摻雜、多元共摻雜等，這些改性方法均提高光催化活性。然而，這些催化劑的缺點是在催化過程中會溶出金屬，而碳量子點負載CTF-Tl這一光催化劑是由C和N元素組成的，不含重金屬，從而解決了金屬污染這一問題。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑。
[0005]該光催化劑不含重金屬，具有良好的光解水產氫性能，具有較大的應用潛力。
[0006]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑，所述的CTF-Tl是一種共價三嗪有機聚合物;可見光催化劑中碳量子點占CTF-Tl質量百分比為0.08%?0.8%。
[0007]制備一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的具體步驟為:
(1)共價三嗪有機聚合物的制備:在(TC攪拌的條件下，將40mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至30°C，靜置3天后，得到固體;將固體用160-200 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌;然后加入200-250 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在60-90°C條件下回流10-36 h，再用二氯甲烷在50-70°C條件下回流10-36 h，80°C真空干燥12 h，即得所述的共價三嗪有機聚合物；
(2)碳量子點溶液的制備:將0.5g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，200-6000C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產物分散于丙酮中，超聲1-4 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液； (3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備:稱0.2 g CTF-Tl置于陶瓷蒸發器內，加入1-10mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點/CTF-Tl光催化劑。
[0008]一種如權利要求1所述的碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的應用:用于光解水產氫。
[0009]本發明的顯著優點在于:
(1)本發明首次將碳量子點負載于CTF-Tl上，有效地分離了光生電子和空穴，是一種負載型可見光催化劑；
(2)碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑具有良好的光解水產氫性能。
【附圖說明】
[0010]圖1為實施例1、2、3和4所得的CTF-Tl以及碳量子點/CTF-Tl光催化劑的粉末XRD圖；
圖2為實施例1、2、3和4所得的CTF-Tl以及碳量子點/CTF-Tl光催化劑的紫外可見漫反射譜圖；
圖3為實施例1、2、3和4所得的CTF-Tl以及碳量子點/CTF-Tl光催化劑光解水產氫的效果圖。
【具體實施方式】
[0011 ] 一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
(1)CTF-Tl的制備:在O°C攪拌的條件下，將40mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至30°C，靜置3天后，得到固體;將固體用160-200 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌;然后加入200-250 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在60-90°C條件下回流10-36 h，再用二氯甲烷在50-70°C條件下回流10-36 h，80°C真空干燥12 h，即得CTF-T1;
(2)碳量子點溶液的制備:將0.5g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，200-600 °C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產物分散于丙酮中，超聲1-4 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液；
(3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備:稱0.2g CTF-Tl置于陶瓷蒸發器內，加入1-10mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點/CTF-Tl光催化劑。
[0012]以下是本發明的幾個實施例，進一步說明本發明，但是本發明不僅限于此。
[0013]實施例1
一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
(I)共價三嗪聚合物的制備
在(TC攪拌的條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至30°C，靜置3天后，得到固體;將固體用160 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌;然后加入200 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在90°C條件下回流36 h，再用二氯甲烷在70°C條件下回流36 h，80°C真空干燥12 h，即得所述的共價三嗪有機聚合物；
(2)碳量子點溶液的制備
將0.5 g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，400°C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產物分散于丙酮中，超聲2 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液；
(3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備
稱取0.2 g CTF-Tl置于陶瓷蒸發器內，加入I mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點負載量為0.08%的碳量子點/CTF-Tl光催化劑，計作CQ.Q8/CTF。
[0014]實施例2
一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
(1)共價三嗪聚合物的制備
在(TC攪拌的條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至30°C，靜置3天后，得到固體;將固體用160 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌;然后加入200 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在90°C條件下回流36 h，再用二氯甲烷在70°C條件下回流36 h，80°C真空干燥12 h，即得所述的共價三嗪有機聚合物；
(2)碳量子點溶液的制備
將0.5 g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，400°C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產物分散于丙酮中，超聲2 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液；
(3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備
稱取0.2 g CTF-Tl置于陶瓷蒸發器內，加入3 mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點負載量為0.24%的碳量子點/CTF-Tl光催化劑，計作C0.24/CTF。
[0015]實施例3
一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
(1)共價三嗪聚合物的制備
在(TC攪拌的條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至30°C，靜置3天后，得到固體;將固體用160 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌;然后加入200 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在90°C條件下回流36 h，再用二氯甲烷在70°C條件下回流36 h，80°C真空干燥12 h，即得所述的共價三嗪有機聚合物；
(2)碳量子點溶液的制備
將0.5 g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，400°C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產物分散于丙酮中，超聲2 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液；
(3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備
稱取0.2 g CTF-Tl置于陶瓷蒸發器內，加入5 mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點負載量為0.4%的碳量子點/CTF-Tl光催化劑，計作C0.4/CTF。
[0016]實施例4 一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
(1)共價三嗪聚合物的制備
在(TC攪拌的條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至30°C，靜置3天后，得到固體;將固體用160 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌;然后加入200 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在90°C條件下回流36 h，再用二氯甲烷在70°C條件下回流36 h，80°C真空干燥12 h，即得所述的共價三嗪有機聚合物；
(2)碳量子點溶液的制備
將0.5 g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，400°C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產物分散于丙酮中，超聲2 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液；
(3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備
稱取0.2 g CTF-Tl置于陶瓷蒸發器內，加入10 mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點負載量為0.8%的碳量子點/CTF-Tl光催化劑，計作C0.s/CTF。
從圖1中可以發現碳量子點的引入未改變CTF-TI的化學結構。
[0017]從圖2中可以發現，相對于母體樣品CTF-Tl，碳量子點/CTF-Tl光催化劑在可見光范圍內出現一個新的吸收帶，拓寬了催化劑的光吸收范圍，提高了催化劑的光吸收性能。
[0018]從圖3中可以發現，當催化劑用量為20 mg，以300 W氙燈作為光源，光源經濾光片過濾，以保證入射光為可見光(λ > 400 nm)，以三乙醇胺做為電子犧牲劑，在鉑單質共催化的情況下，進行光催化分解水產氫表征。從圖3可以看出，相對于母體樣品，碳量子點負載共價三嗪有機聚合物光催化劑的產氫活性都得到不同程度地提高。
[0019]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
【主權項】
1.一種碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑，其特征在于:所述的CTF-Tl是一種共價三嗪有機聚合物;可見光催化劑中碳量子點占CTF-Tl質量百分比為0.08%~0.8%。2.—種如權利要求1所述的碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，其特征在于:采用液相合成法制備CTF-Tl，然后采用浸漬法將碳量子點負載在CTF-Tl上，形成碳量子點/CTF-TI負載型可見光催化劑。3.根據權利要求1所述的碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)CTF-TI的制備 在(TC攪拌的條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至300C，靜置3天后，得到固體;將固體用160-200 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌；然后加入200-250 mL氨水攪拌過夜，水洗離心分離，最后用甲醇清洗離心一次，得到固體沉淀;將固體沉淀用甲醇在60-90°C條件下回流10-36 h，再用二氯甲烷在50-70°C條件下回流10-36 h，80°C真空干燥 12 h，即得CTF-Tl; (2)碳量子點溶液的制備 將0.5 g乙二胺四乙酸二鈉放入管式爐中，200-600°C通氮氣煅燒2 h，升溫速率為10°C/min，將所得產物分散于丙酮中，超聲1-4 h，離心，取上清液即為所得碳量子點溶液； (3)碳量子點/CTF-Tl光催化劑的制備 稱取0.2 g步驟(I)制得的CTF-Tl置于陶瓷蒸發器內，加入1-10 mL 0.16 mg/mL的碳量子點溶液，并用聚四氟乙烯棒攪拌均勻，利用水蒸氣將其蒸干后，置于60°C烘箱烘2 h，研磨得到碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑。4.一種如權利要求1所述的碳量子點/CTF-Tl負載型可見光催化劑的應用，其特征在于:用于光解水產氫。
【文檔編號】C01B3/04GK105854937SQ201610287956
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】畢進紅, 李曉芬, 李留義, 梁詩景, 劉明華
【申請人】福州大學