一种钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳的制备方法及其应用

本发明涉及一种钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳的制备方法及其可见光降解rhb应用，属于纳米材料应用领域。

背景技术：

1、为了满足日益增长的全球能源的消费和供应需求，如何有效地将太阳能转化为化学燃料已被视为最可行的解决问题的策略之一。人们普遍认为，其核心技术在于光吸收的半导体，它在光照下可以将吸收的光子能量转换至激发态(空穴和电子对)。在众多光催化剂中，石墨相碳化氮(g-c3n4)作为一种典型的非金属半导体，由于其独特可调的光学性能，以及丰富的原料，环境友好型特征和显著的高物理化学稳定性，受到广泛关注。然而，尽管g-c3n4材料在光催化领域取得了很大的进展，但它仍然面临着一些严峻挑战，这主要是由于其相对较低的比表面积和较高的光载流子复合率。

2、基于上述问题，研究者们制定了各种策略来解决这些难题，包括：(1)形貌结构的调控，以增加其比表面积；(2)石墨相氮化碳的二次刻蚀，以提高光载流子参与光催化的可能性，(3)金属及非金属离子的掺杂，改变g-c3n4的电子结构和表面性质，提高光吸收范围。此外，具有特殊结构的g-c3n4具有较高的各向异性、独特的电子结构和优异的物理化学性能，能显著提高光催化活性。zhou等人构建了wo3/g-c3n4复合空心微球可直接作为z型光催化剂，wo和g-c3n4间的紧密接触和众多界面在很大程度上促进了光生载流子的有效分离(yuw,chenj,shangt,chenl,gul,pengt.directz-schemeg-c3n4/wo3photocatalyst withatomicallydefinedjunctionforh2production[j].appliedcatalysisb:environmental,2017,219:693-704.)。其中利用氢键键合的超分子前驱体也是构建形貌可控g-c3n4的一种有效方法，且其能显著提高催化剂的光催化性能。menny等人利用三聚氰胺-三聚氰酸超分子前驱体制得中空盒结构氮化碳，极大地改善了其电荷分离效率，光催化降解rhb性能显著提高(mennys,sahikai,christian f,dietern,markusa.improvingcarbonnitridephotocatalysisby supramolecular[j].journaloftheamericanchemical.society.2013,135,7118-7121)。同时menny等人以三聚氰酸、三聚氰胺和巴比妥酸作为起始单体制得超分子前驱体，最终合成棍状氮化碳，其可见光吸收范围明显增强。(menny s,miguelg,christianf,sahikai,dietern,antonil,markusa.insituformation ofheterojunctionsinmodifiedgraphiticcarbonnitride:synthesisandnoblemetal freephotocatalysis[j].chemistrymaterials.2014,26,5812-5818)但在这些具有特殊结构的超分子前驱体制备中，并未引入金属离子的掺杂。金属离子的加入能使超分子前驱体在焙烧的过程中形貌更不易坍塌，同时对氮化碳最终的结构以及可见光催化降解性能起着至关重要的作用。因此本文报道的一种钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳的制备方法具有很大现实意义与前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳的制备方法，该材料具有优异的可见光催化降解rhb性能。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳的制备方法，包括如下步骤：

3、第一步，将富氮材料二氰二胺、三聚氰酸和钴离子化合物分散在水中，加热搅拌；第二步，将第一步所制得的混合液趁热倒入反应釜中，于180±10℃下水热反应后冷却至常温；

4、第三步，将第二步反应所得的固体多次洗涤后干燥，得到钴掺杂球形超分子前驱体；

5、第四步，将第三步所得的钴掺杂球形超分子前驱体在550±10℃下焙烧4～6h，制得钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳

6、进一步，第一步中，二氰二胺与三聚氰胺的质量比为4:1，钴离子化合物为六水合硝酸钴，且二氰二胺与六水合硝酸钴的质量比为100:1-400:1。

7、进一步，第一步中，加热搅拌温度为75～85℃。

8、进一步，第二步中，水热反应时间为9～15h。

9、进一步，第四步中，焙烧的时间为4-6h。

10、上述方法制备的钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳的应用，将其作为可见光催化降解rhb的催化剂。

11、本发明与现有技术相比，其优点在于：利用钴掺杂球形超分子前驱体，通过自修饰合成钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳。本发明制备的钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳作为可见光催化降解罗丹明b(rhb)材料，在暗室10min内对rhb的吸附量即达到24.1mgg-1，光照反应20min后对rhb分子的降解率高达99.6％，速率常数为0.28117min-1，同时保持出色的循环稳定性。

技术特征：

1.一种钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步中，二氰二胺与三聚氰胺的质量比为4:1，钴离子化合物为六水合硝酸钴，且二氰二胺与六水合硝酸钴的质量比为100:1-400:1。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步中，加热搅拌温度为75～85℃。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步中，水热反应时间为9～15h。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第四步中，焙烧的时间为4-6h。

6.如权利要求1-5任一所述方法制备的钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳的应用，其特征在于，将其作为可见光催化降解rhb的催化剂。

技术总结
本发明公开了一种钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳的制备方法。该材料通过分子间氢键作用以及电荷间相互吸引作用自组装形成钴掺杂球形超分前驱体，再利用自模板修饰和高温煅烧的方法制得钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳。本发明制备的钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳增大了比表面积，具有更多的活性位点；同时改变了其能带结构，增强了光吸收利用率。本发明制备的钴掺杂多孔球形石墨相氮化碳作为可见光催化降解罗丹明B(RhB)材料，在暗室10min内对RhB的吸附量即达到24.1mgg‑1，光照反应20min后对RhB分子的降解率高达99.6％，速率常数为0.28117min‑1，同时保持出色的循环稳定性。

技术研发人员：欧海笑,王振兴,魏文秀,郭文月,高玉杰,胥静,黄婷,杨福兴,蔡源
受保护的技术使用者：南京科技职业学院
技术研发日：
技术公布日：2024/10/21