一种g-C3N4/Sn3O4复合材料的制备方法和应用

一种g-c3n4/sn3o4复合材料的制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种g-c3n4/sn3o4复合材料的制备方法。


背景技术：

2.sn3o4是一种二价和四价混合价态的金属氧化物，具有热力学稳定、对环境无毒和优良的光电性能等优点。sn3o4能带隙约为2.8ev，是一种潜在的可见光驱动的光催化剂。然而，由于单相sn3o4纳米材料光生载流子的高复合率和太阳能利用率低等缺点影响了其光催化性能。
3.g-c3n4是一种无机非金属材料，可作为一种新型半导体光催化材料，禁带宽度为2.7ev。同时，它是一种高效的可见光降解有机污染物的光催化剂，但目前g-c3n4存在光催化活性低、比表面积小和光量子效率低等问题。


技术实现要素：

4.本发明针对以上问题的提出，本发明提供了一种g-c3n4/sn3o4复合材料的制备方法和应用，目的在于解决现有sn3o4光催化材料的可见光利用效率较低问题。本发明的具体技术方案如下：
5.一种g-c3n4/sn3o4复合材料的制备方法和应用，包括以下步骤：
6.(1)将三聚氰胺置于坩埚中，密封后在马弗炉中煅烧并保温，自然冷却至室温后研磨，得到g-c3n4；
7.(2)取所制备的0.05g g-c3n4放入水中超声30min，记为溶液a，称量 sncl2
·
2h2o和柠檬酸钠放入溶液a中，继续超声；
8.(3)称量naoh溶解于另一35ml水中记为溶液b，搅拌20min；
9.(4)将b溶液缓慢滴加至a溶液后，继续搅拌20min；
10.(5)将所得溶液转移到100ml聚四氟乙烯内衬的反应釜中，进行水热反应得到g-c3n4/sn3o4复合材料；
11.优选的，步骤(1)中，三聚氰胺在马弗炉中煅烧以10℃/min的升温速度升温至550℃，保温时间为4h。
12.优选的，步骤(2)中，g-c3n4、sncl2
·
2h2o和柠檬酸钠的质量比为0.05： 3.6：11.76。
13.优选的，步骤(2)中，超声时间为30min。
14.优选的，步骤(3)中，naoh的加入量为0.28g。优选的，步骤(5)中，水热反应的温度为180℃，反应时间为12h。
15.相较于单一的sn3o4和g-c3n4光催化材料，本发明的技术效果和优点体现在：
16.本发明使用水热法合成g-c3n4/sn3o4复合材料，由于g-c3n4和sn3o4两种材料具有不同但相似的能量隙，不仅可以使光生载流子在不同能级的半导体之间传输，而且可以
得到有效的分离，延长载流子的寿命，从而提高量子效率，从而提高了催化剂的光催化活性。
附图说明
17.图1是本发明实施例制备的sn3o4、g-c3n4和g-c3n4/sn3o4的sem图。
18.图2是本发明实施例1、2、3制备的sn3o4 tem、hrtem和saed图。
19.图3是本发明实施例制备的sn3o4、g-c3n4和g-c3n4/sn3o4的xrd图。
20.图4是本发明实施例制备的sn3o4和g-c3n4/sn3o4的bet及孔径分布图。
21.图5是本发明实施例制备的sn3o4、g-c3n4和g-c3n4/sn3o4的的紫外可见吸收光谱图和光催化降解率图。
具体实施方式
22.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.实施例1
24.称量10g三聚氰胺置于坩埚中，密封后在马弗炉中以10℃/min的升温速率升温至550℃，并保持4h，自然冷却至室温后将所得的黄色粉末研磨，即得到 g-c3n4。对本实施例得到的g-c3n4进行扫描电镜测试，得到的结果如图1(a) 所示，从中我们可以看出，g-c3n4是一种蓬松的层状结构，这可能是三聚氰胺分子直接热聚合的结果。
25.实施例2
26.(1)称量3.6g sncl2
·
2h2o和11.76g na3c6h5o7
·
2h2o放入35ml水中记为溶液a中，超声30min；
27.(2)称量0.28g naoh溶解于另一35ml水中记为溶液b，搅拌20min；
28.(3)将b溶液缓慢滴加至a溶液后，继续搅拌20min；
29.(4)将所得溶液转移到100ml聚四氟乙烯内衬的反应釜中，密封后，放入鼓风干燥箱中，180℃反应12h，反应结束后随炉冷却至室温，用去离子水和无水乙醇离心洗涤三次，将浅黄色沉淀放入干燥箱中80℃保温12h，冷却后置于小离心管中，即可得到sn3o4纳米材料，对本实施例得到的sn3o4进行扫描电镜测试，得到的结果如图1(b)所示，从中我们可以看出，sn3o4具有均匀的花状结构，由许多厚度约为30-40nm的光滑纳米片组成。自组装花的可能形成过程可以推断为：sn3o4纳米晶体初始成核后，核生长成纳米片，纳米片自发粘在一起，降低表面能，从而形成球形。因此，合成的sn3o4的最终形式是由许多纳米片组成的花状结构。
30.实施例3
31.与上述实施例2不同的是在(1)中称量0.05g所制备的g-c3n4放入35ml水中超声30min,记为溶液a；称量3.6g sncl2
·
2h2o和11.76g na3c6h5o7
·
2h2o 放入溶液a中，继续超声30min；其他步骤同实施例2即可得到g-c3n4/sn3o4纳米材料，对本实施例得到的g-c3n4/sn3o4进行扫描电镜测试，得到的结果如图1 (c)(d)所示，从中我们可以看出，花变得
更密、更小。可见，g-c3n4的加入对形貌的控制起着至关重要的作用。
32.对所得g-c3n4/sn3o4进行性能检测，结果如图2-5。
33.图2为本发明制备的g-c3n4/sn3o4的tem、hrtem和saed图像，由图2(a)(b) 可以看出许多均匀的花状形状，在g-c3n4纳米片的表面负载有大量的sn3o4纳米团簇。密切接触表明sn3o4和g-c3n4之间形成了层状异质结。sn3o4与 g-c3n4g-c3n4之间的接触面积较大，有利于载流子的运输和分离。由图2(c) hrtem图像可以看出平面间距为0.329nm，与sn3o4的(111)平面相匹配。由于 g-c3n4的二维有序结构非常特殊，g-c3n4的晶格边缘难以观察到。由图2(d) saed图像，显示出明显的衍射环，表明g-c3n4/sn3o4具有多晶结构。
34.图3是为本发明制备的sn3o4、g-c3n4和g-c3n4/sn3o4的x射线衍射图样与标准sn3o4、g-c3n4样品衍射峰，由图可以看出，对于合成的sn3o4纳米材料主峰为24.09
°
、27.08
°
、31.72
°
、32.31
°
、33.01
°
、37.07
°
、40.28
°
、51.68
°
和55.87
°
。根据sn3o4国际衍射数据标准卡(jcpds no:16-0737)，(101)、(111)、 (-210)、(-121)、(210)、(130)、(102)、(-1-3-2)和(2-41)的晶面一一对应，没有其他衍射峰，说明本实验合成的产物为纯sn3o4。对于合成的g-c3n4，在 13.6
°
和27.6
°
有两个峰，分别对应(100)和(002)晶面，与标准卡(jcpdsno.87-1526)的晶面相对应，证明合成的产物为g-c3n4。合成的g-c3n4/sn3o4纳米材料的衍射峰与sn3o4几乎相同。这可能g-c3n4/sn3o4复合材料中g-c3n4含量较低有关。此外，由于g-c3n4(002)晶面的衍射峰与sn3o4(110)的衍射峰几乎重合，因此很难区分sn3o4在27.08
°
和g-c3n4在27.6
°
的特征峰。
35.图4是为本发明制备的sn3o4和g-c3n4/sn3o4的bet图像，根据国际纯粹与应用化学协会(iupac)的分类，曲线为iv型等温线，表明出现了多孔层吸附。此外，由于毛细凝结的发生，还可以观察到滞后现象。也就是说，解吸过程中的等温线与吸附过程中的等温线并不一致。解吸等温线高于吸附等温线，产生解吸滞回，在bjh等温线上呈现h3型滞回环路。这表明所合成的纳米材料具有多孔结构。从bjh孔径分布曲线可以看出，在3.83nm和3.84nm处有一个尖峰，说明孔径分布集中在3.83nm和3.84nm处。sn3o4和sn3o4/g-c3n4纳米花的比表面积分别为 21.83m2/g-1和82.646m2/g-1。
36.图5是本发明制备的sn3o4、g-c3n4和g-c3n4/sn3o4的的紫外可见吸收光谱图。为了评价sn3o4、g-c3n4和g-c3n4/sn3o4纳米材料的光催化活性，并进行比较，我们在所有样品上测试了对mb有机染料的可见光催化降解。图5(a)-(c) 显示了在可见光辐照下sn3o4、g-c3n4和g-c3n4/sn3o4进行降解mb溶液的吸收光谱。如图所示对mb有机染料降解75min后，sn3o4、g-c3n4、g-c3n4/sn3o4纳米材料的最终降解率分别为53.46％；23.50％；86.46％。光催化结果表明，合成的 g-c3n4/sn3o4纳米材料在可见光照射下对有机染料具有良好的光催化活性。
37.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。