一種石墨相氮化碳量子點(diǎn)的制備方法與流程

本發(fā)明涉及光催化材料領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨相的氮化碳量子點(diǎn)的制備方法。

背景技術(shù)：

石墨相氮化碳(g-C3N4) 作為一種新興的非金屬可見光催化劑得到了國(guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注和研究。它是一種直接帶隙半導(dǎo)體，理想條件下室溫禁帶寬度為 2.7 eV 左右，因?yàn)榫哂信c碳材料相似的層狀堆積結(jié)構(gòu)和 sp2雜化的π共軛電子能帶結(jié)構(gòu)，因此 g-C3N4被認(rèn)為是最有可能代替碳材料的新型應(yīng)用功能材料。

量子點(diǎn)的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了它具有表面效應(yīng) 、量子尺寸效應(yīng) 、介電限域效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng) ,從而派生出與宏觀體系和微觀體系不同的低維物性 ,展現(xiàn)出許多不同于宏觀塊體材料的物理化學(xué)性質(zhì)和獨(dú)特的發(fā)光特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種石墨相氮化碳量子點(diǎn)的制備方法，本發(fā)明將g-C3N4和量子點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制備出石墨相氮化碳量子點(diǎn)（CNQDs）。溶液中具有熒光性質(zhì)的石墨相氮化碳量子點(diǎn)在給電子體或者供電子體的作用下會(huì)發(fā)生熒光猝滅，量子點(diǎn)的這種受到光而發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，使得量子點(diǎn)能夠在光轉(zhuǎn)換和相關(guān)應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，可以與多種材料復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)催化材料，具有十分可觀的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明是通過(guò)以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

1、稱取40g硫脲均勻平鋪于坩堝底部，將坩堝置于馬弗爐中高溫煅燒，煅燒溫度為500℃，升溫速率3℃/min，煅燒時(shí)間為2h，得到黃色固體（石墨相氮化碳體）；

2、黃色固體冷卻至室溫，將其研磨均勻，再次置于馬弗爐中高溫煅燒，煅燒溫度為520℃，升溫速率3℃/min，煅燒時(shí)間為2h，得到淡黃色片狀固體（石墨相氮化碳片狀）；

3、取20—100 mg上述淡黃色片狀固體加入30—50ml水或30ml濃氨水，超聲波分散5—9 h，之后取上層較均勻液體轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在水熱溫度180—200度、水熱時(shí)間10-12 h，冷卻至室溫即可得到產(chǎn)品。

上述制備方法的石墨相氮化碳片取用量為25-35mg、水熱溫度為180度或200度、超聲波分散時(shí)間為5 h。

本發(fā)明通過(guò)控制水熱反應(yīng)的溫度和時(shí)間，將石墨相氮化碳片 “切”成具有熒光效應(yīng)的量子點(diǎn)。G-C3N4具有類似石墨的片層結(jié)構(gòu)，片層以 3-三嗪環(huán)為基本結(jié)構(gòu)單元。3-三嗪環(huán)中，C、N 原子均發(fā)生 sp2 軌道雜化，與石墨結(jié)構(gòu)中的 C-C 不同，所有原子的 p 軌道相互重疊而形成離域π鍵，結(jié)構(gòu)中每個(gè)碳氮鍵的鍵長(zhǎng)和鍵能都相等，這是一種與苯環(huán)結(jié)構(gòu)類似的有機(jī)環(huán)狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)Markus Antonietti 教授對(duì) g-C3N4的結(jié)構(gòu)的深入研究，七嗪環(huán)構(gòu)成的g-C3N4結(jié)構(gòu)中，環(huán)內(nèi)的 C-N 鍵長(zhǎng) 0.1316 nm，C-N-C 鍵角為 116.6°；環(huán)外的 C-N 鍵長(zhǎng)0.1442nm，C-N-C-鍵角為 120.0°。七嗪環(huán)構(gòu)成的 g-C3N4的聚合度更高，通過(guò)密度泛函理論(DFT)理論計(jì)算，縮聚反應(yīng)的過(guò)程中，七嗪環(huán)構(gòu)成的 g-C3N4的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。

本發(fā)明的技術(shù)效果是：本發(fā)明將g-C3N4 sheet七嗪環(huán)結(jié)構(gòu)破壞，得到納米級(jí)尺寸的量子點(diǎn)，該方法簡(jiǎn)便易行，操作簡(jiǎn)單，填補(bǔ)了量子點(diǎn)制備領(lǐng)域的空白，而且，相對(duì)于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點(diǎn)和有機(jī)染料，此方法制備的量子點(diǎn)水溶性好，化學(xué)惰性高，易于功能化，耐光漂白，低毒性，因此，該量子點(diǎn)在光解有機(jī)物、殺菌和生物標(biāo)記等方面，特別是在環(huán)境保護(hù)方面，有著廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制得的產(chǎn)品粒徑測(cè)試結(jié)果圖。

圖2為實(shí)施例2制得的產(chǎn)品粒徑測(cè)試結(jié)果圖。

圖3為實(shí)施例3制得的產(chǎn)品粒徑測(cè)試結(jié)果圖。

圖4為實(shí)施例4制得的產(chǎn)品粒徑測(cè)試結(jié)果圖。

圖5為實(shí)施例5制得的產(chǎn)品粒徑測(cè)試結(jié)果圖。

圖6為實(shí)施例6制得的產(chǎn)品粒徑測(cè)試結(jié)果圖。

圖7為實(shí)施例7制得的產(chǎn)品粒徑測(cè)試結(jié)果圖。

圖8為實(shí)施例8制得的產(chǎn)品粒徑測(cè)試結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖1和實(shí)施例1-8來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明所具有的有益效果，旨在幫助閱讀者更好地理解本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，但不能對(duì)本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)范圍構(gòu)成任何限定。

實(shí)施例1

取20mg 石墨相氮化碳片加入50ml水中，超聲波分散24h，取上層較均勻液體轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在水熱溫度200度、水熱時(shí)間10h進(jìn)行反應(yīng)，待冷卻至室溫即可得到產(chǎn)品。

實(shí)施例2

25mg 石墨相氮化碳片狀加入到30ml水，超聲波分散5h，用NaOH將溶液調(diào)節(jié)pH至12，之后取上層較均勻液體轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在水熱溫度200度、水熱時(shí)間10 h進(jìn)行反應(yīng)，待冷卻至室溫即可得到產(chǎn)品。

實(shí)施例3

50mg石墨相氮化碳片加入到30ml水，超聲波分散5h，用NaOH將溶液調(diào)節(jié)pH至12，之后取上層較均勻液體轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在水熱溫度200度、水熱時(shí)間10h 進(jìn)行反應(yīng)，待冷卻至室溫即可得到產(chǎn)品。

實(shí)施例4

100mg 石墨相氮化碳片加入到30ml水，超聲波分散5h，用NaOH將溶液調(diào)節(jié)pH至12，之后取上層較均勻液體轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在水熱溫度200度、水熱時(shí)間10h進(jìn)行反應(yīng) ，待冷卻至室溫即可得到產(chǎn)品。

實(shí)施例5

25mg 石墨相氮化碳片加入到30ml濃氨水中，超聲波分散5h，之后取上層較均勻液體轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在水熱溫度180度、水熱時(shí)間12h進(jìn)行反應(yīng)，冷卻至室溫即可得到產(chǎn)品。

實(shí)施例6

35mg 石墨相氮化碳片加入到30ml濃氨水中，超聲波分散5h，之后取上層較均勻液體轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在水熱溫度180度、水熱時(shí)間12h進(jìn)行反應(yīng)，冷卻至室溫即可得到產(chǎn)品。

實(shí)施例7

25mg 石墨相氮化碳片加入到30ml濃氨水中，超聲波分散9h，之后取上層較均勻液體轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在水熱溫度180度、水熱時(shí)間12h進(jìn)行反應(yīng)，冷卻至室溫即可得到產(chǎn)品。

實(shí)施例8

35mg 石墨相氮化碳片加入到30ml濃氨水中，超聲波分散9h，之后取上層較均勻液體轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在水熱溫度180度、水熱時(shí)間12h進(jìn)行反應(yīng)，冷卻至室溫即可得到產(chǎn)品。

從上述實(shí)施例可知，不同的g-C3N4 sheet量對(duì)產(chǎn)品影響不大，不同超聲波分散時(shí)間對(duì)產(chǎn)品影響較大，超聲波分散時(shí)間過(guò)長(zhǎng)反而效果不佳，水熱反應(yīng)的溫度在180—200度效果最好。

綜上所述，本發(fā)明水熱法制備CNQDs時(shí)，石墨相氮化碳片量在25-35mg、水熱反應(yīng)溫度200-180度、超聲波分散時(shí)間為5h，其技術(shù)效果最好。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。