一種氮化碳/銻摻雜二氧化錫異質結的制備方法與流程

本發明屬于光催化材料制備領域，涉及一種氮化碳/銻摻雜二氧化錫異質結的制備方法。

背景技術：

氮化碳是一種新型的半導體光催化材料，因其帶隙較窄，具有獨特的層狀結構，易于制備，且機械強度、熱穩定性和化學惰性較好，在水解制氫產氧、有機選擇性合成和有機污染物降解等方面均有突出的表現。但氮化碳仍存在一些固有的不足，限制了其在光催化領域的實際應用。其中，光生載流子分離率低、回收困難是兩個主要的方面的不足。目前文獻中主要通過形貌調控、元素摻雜、貴金屬修飾、異質結復合等方法來改性。

文獻“d.d.zheng,g.g.zhang,y.d.hou,x.c.wang,layeringmos2onsofthollowg-c3n4nanostructuresforphotocatalytichydrogenevolution,appl.catal.a:gen.521(2016)2-8”報道了一種mos2/g-c3n4異質結光催化材料的制備方法。通過將層狀mos2復合于g-c3n4納米中空球之上形成表面異質結，異質結的光電流和產氫率得以較大提高，這是目前很多文獻所探索的方式。但是，這種方法對光生載流子分離率的提高仍然難以滿足實際需求，且沒有解決催化劑的回收問題。專利201610671722.9中，公開了一種二維導電云母負載氮化碳光催化材料及其制備方法。該發明中，利用導電二氧化錫包覆剝離后的片狀二維云母作為載體，雖然可以同時實現分離率和回收性的問題，但是額外引入了云母這種物質，在制備冗繁度和成本，以及材料穩定性方面仍不夠滿意。因此，如何充分發揮同一體系中各組分的作用，同時解決載流子分離率和催化劑回收率的問題，仍然是當前主要的研究方向。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種氮化碳/銻摻雜二氧化錫異質結的制備方法，讓銻摻雜二氧化錫發揮多重作用，在不引入過多異質單元的前提下，解決現在改性方法中所存在的實現分離率下、材料浪費、成本高昂、回收性的問題。

為解決現有技術存在的問題，本發明的技術方案是：一種氮化碳/銻摻雜二氧化錫異質結的制備方法，其特征在于：所述的方法步驟為：

步驟1，配制sncl4·5h2o和sbcl3為溶質，乙醇為溶劑的混合溶液40-60ml，其中sncl4·5h2o的摩爾濃度為0.25～0.4mol/l，sbcl3的摩爾濃度為0.03～0.05mol/l；

步驟2，加入0.05～0.08g環氧丙烷作為膠凝引發劑；

步驟3，待溶膠發生膠凝后，用去離子水清洗至中性，采用冷凍干燥法得到sno2:sb氣凝膠；

步驟4，以三聚氰胺為前驅體，以8℃/min的速率加熱至550℃，保溫3h，得到體相g-c3n4；

步驟5，將2～4g體相g-c3n4和1～2g質量分數為65％的hno3溶液混合，以180～220℃的溫度在微波水熱儀中反應0.5～2h，得到多孔g-c3n4納米片；

步驟6，將0.02～0.04gsno2:sb氣凝膠均勻分散于50ml乙醇/水的混合溶液中，然后加入0.15～0.25g-c3n4納米片，攪拌均勻；

步驟7，轉移入微波水熱儀中，以180～220℃的溫度在微波水熱儀中反應0.5～2h，將所得產物離心、清洗，得到自負載型g-c3n4/sno2:sb異質結。

所述步驟3中：冷凍干燥法的冷凍溫度為-100～-70℃。

與現有技術相比，本發明的優點如下：

本發明涉及利用異質結之間的能級結構和銻摻雜二氧化錫的導電性來提高氮化碳的載流子分離率，并將銻摻雜二氧化錫制成氣凝膠形式來作載體，實現了催化劑回收的同時增加污染物的吸附率，減少載體對光的阻擋，還可以提高光生載流子的傳輸效率；

本發明充分發揮了異質結中各單元的作用，避免了為實現多重功能而造成的過多材料的引入，及其所造成的晶格的錯配性和體系的不穩定性；

本發明制備氮化碳/銻摻雜二氧化錫異質結光催化材料的成本低、方法簡單、可重復性好，并且所得材料光催化性能好，有利于在生產生活中推廣應用。

附圖說明

圖1是本項目的工藝流程圖；

圖2是實施例2所得的g-c3n4納米片的sem圖譜；

圖3是實施例3所得的sno2:sb氣凝膠的sem圖譜。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明一種氮化碳/銻摻雜二氧化錫異質結的制備方法：先設計合成多孔化的g-c3n4，以增加污染物的吸附率，并為參與反應的電子、物質提供更多的運輸通道和反應活性位。然后將透明導電的sb摻雜sno2(記作sno2:sb)作為異質單元并制成三維氣凝膠形式來負載整個異質結，同時實現增加光吸收率、污染物的吸附率、載流子分離率和催化劑回收率的多重作用。

本發明的制備原理為：分別合成氮化碳納米片和透明導電的銻摻雜二氧化錫氣凝膠，然后以氣凝膠為載體，構筑異質結光催化材料。

本發明的具體實施步驟如下：

步驟1，配制sncl4·5h2o和sbcl3為溶質，乙醇為溶劑的混合溶液40-60ml，其中sncl4·5h2o的摩爾濃度為0.25～0.4mol/l，sbcl3的摩爾濃度為0.03～0.05mol/l；

步驟2，加入0.05～0.08g環氧丙烷作為膠凝引發劑；

步驟3，待溶膠發生膠凝后，用去離子水清洗至中性，采用冷凍干燥法在-100～-70℃干燥得到sno2:sb氣凝膠；

步驟4，以三聚氰胺為前驅體，以8℃/min的速率加熱至550℃，保溫3h，得到體相g-c3n4；

步驟5，將2～4g體相g-c3n4和1～2g質量分數為65％的hno3溶液混合，以180～220℃的溫度在微波水熱儀中反應0.5～2h，得到多孔g-c3n4納米片；

步驟6，將0.02～0.04gsno2:sb氣凝膠均勻分散于50ml乙醇/水的混合溶液中(乙醇和水的體積比為1：1)，然后加入0.15～0.25g-c3n4納米片，攪拌均勻。

步驟7，轉移入微波水熱儀中，以180～220℃的溫度在微波水熱儀中反應0.5～2h，將所得產物離心、清洗，得到自負載型g-c3n4/sno2:sb異質結。

實施例1

步驟1，按如圖1所示的流程圖，配制sncl4·5h2o和sbcl3為溶質，乙醇為溶劑的混合溶液40ml，其中sncl4·5h2o的摩爾濃度為0.25mol/l，sbcl3的摩爾濃度為0.03mol/l；

步驟2，加入0.05g環氧丙烷作為膠凝引發劑；

步驟3，待溶膠發生膠凝后，用去離子水清洗至中性，采用冷凍干燥法在-100℃干燥得到sno2:sb氣凝膠；

步驟4，以三聚氰胺為前驅體，以8℃/min的速率加熱至550℃，保溫3h，得到體相g-c3n4；

步驟5，將2g體相g-c3n4和1g質量分數為65％的hno3溶液混合，以180℃的溫度在微波水熱儀中反應0.5h，得到多孔g-c3n4納米片；

步驟6，將0.02gsno2:sb氣凝膠均勻分散于50ml乙醇/水的混合溶液中，(乙醇和水的體積比為1：1)，然后加入0.15g-c3n4納米片，攪拌均勻；

步驟7，轉移入微波水熱儀中，以180℃的溫度在微波水熱儀中反應0.5h，將所得產物離心、清洗，得到自負載型g-c3n4/sno2:sb異質結；

實施例2

步驟1，配制sncl4·5h2o和sbcl3為溶質，乙醇為溶劑的混合溶液45ml，其中sncl4·5h2o的摩爾濃度為0.3mol/l，sbcl3的摩爾濃度為0.035mol/l；

步驟2，加入0.06g環氧丙烷作為膠凝引發劑；

步驟3，待溶膠發生膠凝后，用去離子水清洗至中性，采用冷凍干燥法在-90℃干燥得到sno2:sb氣凝膠；

步驟4，以三聚氰胺為前驅體，以8℃/min的速率加熱至550℃，保溫3h，得到體相g-c3n4；

步驟5，將2.5g體相g-c3n4和1.5g質量分數為65％的hno3溶液混合，以190℃的溫度在微波水熱儀中反應1.5h，得到多孔g-c3n4納米片。圖2為g-c3n4納米片的sem圖譜，可以觀察到片狀多孔形貌，具有大的比表面積；

步驟6，將0.025gsno2:sb氣凝膠均勻分散于50ml乙醇/水的混合溶液中，(乙醇和水的體積比為1：1)，然后加入0.18g-c3n4納米片，攪拌均勻；

步驟7，轉移入微波水熱儀中，以190℃的溫度在微波水熱儀中反應1.5h，將所得產物離心、清洗，得到自負載型g-c3n4/sno2:sb異質結。

實施例3

步驟1，配制sncl4·5h2o和sbcl3為溶質，乙醇為溶劑的混合溶液50ml，其中sncl4·5h2o的摩爾濃度為0.35mol/l，sbcl3的摩爾濃度為0.04mol/l；

步驟2，加入0.07g環氧丙烷作為膠凝引發劑；

步驟3，待溶膠發生膠凝后，用去離子水清洗至中性，采用冷凍干燥法在-80℃干燥得到sno2:sb氣凝膠。圖3為得到的sno2:sb氣凝膠的sem圖譜，該氣凝膠比表面積較大，可以方便物質和載流子的輸運；

步驟4，以三聚氰胺為前驅體，以8℃/min的速率加熱至550℃，保溫3h，得到體相g-c3n4；

步驟5，將3.5g體相g-c3n4和1.8g質量分數為65％的hno3溶液混合，以200℃的溫度在微波水熱儀中反應1.5h，得到多孔g-c3n4納米片；

步驟6，將0.03gsno2:sb氣凝膠均勻分散于50ml乙醇/水的混合溶液中，(乙醇和水的體積比為1：1)，然后加入0.20g-c3n4納米片，攪拌均勻；

步驟7，轉移入微波水熱儀中，以200℃的溫度在微波水熱儀中反應1.5h，將所得產物離心、清洗，得到自負載型g-c3n4/sno2:sb異質結。

實施例4

步驟1，配制sncl4·5h2o和sbcl3為溶質，乙醇為溶劑的混合溶液60ml，其中sncl4·5h2o的摩爾濃度為0.4mol/l，sbcl3的摩爾濃度為0.05mol/l。

步驟2，加入0.08g環氧丙烷作為膠凝引發劑。

步驟3，待溶膠發生膠凝后，用去離子水清洗至中性，采用冷凍干燥法在-70℃干燥得到sno2:sb氣凝膠。

步驟4，以三聚氰胺為前驅體，以8℃/min的速率加熱至550℃，保溫3h，得到體相g-c3n4。

步驟5，將4g體相g-c3n4和2g質量分數為65％的hno3溶液混合，以220℃的溫度在微波水熱儀中反應2h，得到多孔g-c3n4納米片。

步驟6，將0.04gsno2:sb氣凝膠均勻分散于50ml乙醇/水的混合溶液中(乙醇和水的體積比為1：1)，然后加入0.25g-c3n4納米片，攪拌均勻。

步驟7，轉移入微波水熱儀中，以180～220℃的溫度在微波水熱儀中反應2h，將所得產物離心、清洗，得到自負載型g-c3n4/sno2:sb異質結。

以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。