本發(fā)明屬于材料合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了一種可見光響應(yīng)g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料的制備方法和用途。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的增長，日益惡化的環(huán)境問題變的尤為突出。從能源及環(huán)境修復(fù)角度而言，以半導(dǎo)體及其衍生材料為媒介的光催化技術(shù)可以利用清潔、可持續(xù)的太陽能處理環(huán)境中的廢水廢氣等有毒物質(zhì)，因而受到社會上愈來愈多的關(guān)注。近年來，在科研工作者們不懈的努力之下，光催化技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境中的廢水處理。但是，設(shè)計和開發(fā)高性能的可見光響應(yīng)的光催化材料依舊具有極其重要的意義,并且成為光催化劑發(fā)展的主要方向。

硫化鉍可直接利用可見光，并且在可見光照射下可以有效降解有機污染物，體現(xiàn)出優(yōu)異的光催化活性，因而在光催化氧化環(huán)境污染物等方面具有廣闊的前景。但是由于其光腐蝕性、易團聚及高電子負荷率，使其應(yīng)用受到了很大限制。然而，氮化碳作為非金屬光催化劑由于其化學(xué)穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)、易制備和可見光響應(yīng)等性能受到了很多研究者的關(guān)注。通過硫化鉍復(fù)合其他催化劑形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可以有效地彌補硫化鉍本身存在的缺點，是進一步提升其光催化性能活性的有效途徑。因此，本發(fā)明提供了一種可見光響應(yīng)g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，目的是通過氮化碳的復(fù)合形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)促進光生電子和空穴的快速分離,從而抑制光生載流子的復(fù)合,提升其光催化性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種可見光響g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料的制備方法和用途，該方法通過簡單的溶劑熱法制得Bi₂S₃納米顆粒負載石墨型層片狀g-C₃N₄異質(zhì)結(jié)光催化劑。本發(fā)明制備的異質(zhì)結(jié)光催化劑可應(yīng)用于可見光下催化降解羅丹明。

一種可見光響g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，具體包括以下步驟：

一種可見光響g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料的制備方法和用途，其特征在于，按照下述步驟進行：

（1）在室溫下，按比例將研磨好的氮化碳加入到去離子水中，超聲分散，得到分散液A；

（2）將六水合硝酸鉍加入到去離子水中，充分攪拌混合均勻，得到分散液B；

（3）將步驟（2）中的分散液B逐滴緩慢加入到步驟（1）的分散液A中，磁力攪拌下反應(yīng)10min后，停止攪拌，得到混合溶液C；再向混合溶液C中緩慢加入L-半胱氨酸，超聲分散2~5min，置于裝入不銹鋼高壓釜中，恒溫?zé)岱磻?yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫；

（4）將步驟（3）得到的沉淀物離心分離，然后分別用無水乙醇和蒸餾水洗滌，真空干燥，得到所述的g-C₃N₄/Bi₂S₃復(fù)合材料。

步驟（1）中，所述超聲時間為0.5~1h；所述氮化碳與去離子水用量比為0.05~0.2g：10~20mL。

步驟（2）中，所述六水合硝酸鉍與步驟（1）中氮化碳質(zhì)量比為0.2~0.6g：0.05~0.2g。

步驟（3）中，所述L-半胱氨酸與步驟（1）中氮化碳及步驟（2）中六水合硝酸鉍質(zhì)量比為0.1~0.3g：0.2~0.6g：0.05~0.2g；所述恒溫?zé)岱磻?yīng)的溫度為120~140℃，恒溫時間為12~24h。

步驟（4）中，所述無水乙醇和蒸餾水洗滌次數(shù)分別為3次；真空干燥溫度條件為50~60℃，時間為5~10h。

本發(fā)明制得的一種可見光響g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料用于在可見光下催化降解羅丹明B。

本發(fā)明的有益效果為：

（1）本發(fā)明首次制備可見光響g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料,其制備工藝簡單,成本低,易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),該異質(zhì)結(jié)材料具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，在解決環(huán)境污染和能源危機方面有良好的應(yīng)用前景。

（2）光催化劑體系在光催化降解過程中的懸浮特性有效的提高了對光源的利用率。

（3）g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料可作為性能優(yōu)良的可見光光催化劑。g-C₃N₄與Bi₂S₃復(fù)合后形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)不但有利于提高了光生電子和空穴的壽命,促進光生電荷的傳輸,而且有效地提升了復(fù)合后催化劑的穩(wěn)定性。因此，g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料顯著地提升了催化劑對有機染料的降解效果，在光催化實際應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的前景。

附圖說明

圖1為實施例1所制備的樣品的XRD圖譜；

圖2為實施例1所制備的樣品的透射電鏡圖，A為g-C₃N₄，B為Bi₂S₃，C為NiS₂/g-C₃N₄，D為NiS₂/g-C₃N₄高分辨圖譜；

圖3為實施例1所制備的在可見光照射下對濃度為5mg/L的羅丹明B光催化降解效果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1：

制備g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料：

將0.16g氮化碳加入到15mL去離子水中，攪拌后超聲分散1h，再加入0.242g六水合硝酸鉍，進行攪拌均勻，再加入0.18g L-半胱氨酸，超聲分散5min，將反應(yīng)物混合均勻后將反應(yīng)液轉(zhuǎn)入50mL不銹鋼高壓釜中，140℃恒溫?zé)?，反?yīng)24h后自然冷卻至室溫，分別用去離子水、無水乙醇各洗滌3次，真空60℃條件下干燥10h，即得到所述的g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料。該材料在可見光照射下，100min可降解93%的羅丹明B。

制備單體Bi₂S₃：

將0.242g六水合硝酸鉍加入到20mL去離子水中，進行攪拌均勻，再加入0.18g L-半胱氨酸，超聲分散5min，將反應(yīng)物混合均勻后將反應(yīng)液轉(zhuǎn)入50mL不銹鋼高壓釜中，140℃恒溫?zé)?，反?yīng)24h后自然冷卻至室溫，分別用去離子水、無水乙醇各洗滌3次，真空60℃條件下干燥10h，即可制備得單純的Bi₂S₃。

圖1中結(jié)果表征合成的材料中除了含有Bi₂S₃，還含有g(shù)-C₃N₄；

圖2中TEM結(jié)果表明單純的g-C₃N₄以薄片狀形式存在，Bi₂S₃單體以花狀的形式存在，復(fù)合材料的TEM圖可以看出Bi₂S₃納米顆粒均勻地負載在g-C₃N₄納米片上，g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料的高分辨圖可以清晰看出Bi₂S₃與g-C₃N₄的晶面間距；

圖3是Bi₂S₃和g-C₃N₄單體及g-C₃N₄/Bi₂S₃降解羅丹明B的活性實驗圖。從圖中可清晰地觀察到，g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料的降解速率明顯高于單純的Bi₂S₃和g-C₃N₄。

實施例2：

將0.24g氮化碳加入到20mL去離子水中,攪拌后超聲分散1h，再加入0.48g六水合硝酸鉍，進行攪拌均勻，再加入0.25g L-半胱氨酸，超聲分散5min，將反應(yīng)物混合均勻后將反應(yīng)液轉(zhuǎn)入50mL不銹鋼高壓釜中，130℃恒溫?zé)?，反?yīng)12h后自然冷卻至室溫，分別用去離子水、無水乙醇各洗滌3次，真空60℃條件下干燥6h，即得到所述的g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料。該材料在可見光照射下,100min可降解80%的羅丹明B。

實施例3：

將0.10g氮化碳加入到20mL去離子水中,攪拌后超聲分散0.5h，再加入0.20g六水合硝酸鉍，進行攪拌均勻，再加入0.14g L-半胱氨酸，超聲分散3min，將反應(yīng)物混合均勻后將反應(yīng)液轉(zhuǎn)入50mL不銹鋼高壓釜中，120℃恒溫?zé)幔磻?yīng)24h后自然冷卻至室溫，分別用去離子水、無水乙醇各洗滌3次，真空60℃條件下干燥6h，即得到所述的g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料。該材料在可見光照射下,100min可降解86%的羅丹明B。

實施例4：

將0.05g氮化碳加入到15mL去離子水中,攪拌后超聲分散1h，再加入0.15g六水合硝酸鉍，進行攪拌均勻，再加入0.1g L-半胱氨酸，超聲分散5min，將反應(yīng)物混合均勻后將反應(yīng)液轉(zhuǎn)入50mL不銹鋼高壓釜中，140℃恒溫?zé)幔磻?yīng)18h后自然冷卻至室溫，分別用去離子水、無水乙醇各洗滌3次，真空60℃條件下干燥8h，即得到所述的g-C₃N₄/Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)材料。該材料在可見光照射下，100min可降解82%的羅丹明B。