本發(fā)明屬于材料化學(xué)領(lǐng)域，涉及一種硅鋅摻雜的石墨相氮化碳納米材料及其在光催化還原中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

g-c3n4的制備方法有氣相法、熱溶劑法、固相合成法、電化學(xué)沉積法、高溫高壓法等，近幾年研究較多的是利用縮聚有機(jī)物前驅(qū)體制備g-c3n4。此外，人們還合成了多種形貌的氮化碳，包括納米線、納米管、微球、纖維和空心球等。

g-c3n4具有原材料資源豐富、價(jià)格低廉經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保等特點(diǎn)。具有微/納多孔g-c3n4的結(jié)構(gòu)為微/納多孔且同時(shí)具有光催化能力，以及和其它金屬材料復(fù)合的能力。納米g-c3n4還有較高的表面活性,是理想的催化劑材料，所以有關(guān)g-c3n4的研究一直都倍受人們的關(guān)注。但目前大多數(shù)制備的具有微/納多孔結(jié)構(gòu)的g-c3n4和納米g-c3n4都有比表面積小、活性低等缺點(diǎn)，復(fù)合材料并不太多，因而限制了它在實(shí)際中的推廣普及。鑒于以上所述的情況，本發(fā)明采用熱解法制備新型硅鋅摻雜的石墨相氮化碳(sio2/zno/g-c3n4)納米材料，其具有比表面積大、光催化還原效果好等特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種硅鋅摻雜的石墨相氮化碳(sio2/zno/g-c3n4)納米材料，其特征在于該納米材料的制備方法包括如下步驟：

(1)將硫酸鋅溶于適量的去離子水中，加入氨水，室溫下攪拌反應(yīng)1-2小時(shí)后，離心，得沉淀；

(2)將步驟(1)得到的沉淀超聲分散于乙醇中，加入適量氨水、正硅酸乙酯(teos)，室溫下攪拌加入3-4小時(shí)，離心，得沉淀；

(3)將步驟(2)得到的沉淀與三聚氰胺，用研缽研磨均勻后，放入馬弗爐中，溫度設(shè)定為510℃，升溫速率10℃/min，保溫時(shí)間120分鐘，保溫結(jié)束后，停止加熱自然冷卻至室溫，得到所述硅鋅摻雜的石墨相氮化碳納米材料。

上述制備方法中，步驟(1)或(2)得到的沉淀優(yōu)選采用去離子水洗2-3次；步驟(1)中硫酸鋅、去離子水、氨水的用量為每克硫酸鋅使用5-10ml去離子水、2-3ml氨水；步驟(2)中乙醇、氨水、正硅酸乙酯的用量為每克沉淀使用8-12ml乙醇、1-2ml氨水，0.8-1.6ml正硅酸乙酯；步驟(3)中三聚氰胺的用量為每克沉淀使用10-100克三聚氰胺。

本發(fā)明的另一實(shí)施方案提供上述硅鋅摻雜的石墨相氮化碳(sio2/zno/g-c3n4)納米材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)將硫酸鋅溶于適量的去離子水中，加入氨水，室溫下攪拌反應(yīng)1-2小時(shí)后，離心，得沉淀；

(2)將步驟(1)得到的沉淀超聲分散于乙醇中，加入適量氨水、正硅酸乙酯(teos)，室溫下攪拌加入3-4小時(shí)，離心，得沉淀；

(3)將步驟(2)得到的沉淀與三聚氰胺，用研缽研磨均勻后，放入馬弗爐中，溫度設(shè)定為510℃，升溫速率10℃/min，保溫時(shí)間120分鐘，保溫結(jié)束后，停止加熱自然冷卻至室溫，得到所述硅鋅摻雜的石墨相氮化碳納米材料。

上述制備方法中，步驟(1)或(2)得到的沉淀優(yōu)選采用去離子水洗2-3次；步驟(1)中硫酸鋅、去離子水、氨水的用量為每克硫酸鋅使用5-10ml去離子水、2-3ml氨水；步驟(2)中乙醇、氨水、正硅酸乙酯的用量為每克沉淀使用8-12ml乙醇、1-2ml氨水，0.8-1.6ml正硅酸乙酯；步驟(3)中三聚氰胺的用量為每克沉淀使用10-100克三聚氰胺。

本發(fā)明的另一實(shí)施方案提供上述硅鋅摻雜的石墨相氮化碳(sio2/zno/g-c3n4)納米材料在光催化還原六價(jià)鉻中的應(yīng)用。

本發(fā)明中使用的氨水為含氨25％～28％的水溶液。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)本發(fā)明制備的新型硅鋅摻雜的石墨相氮化碳(sio2/zno/g-c3n4)納米材料，其具有比表面積大，光催化還原效果好等特點(diǎn)；(2)本發(fā)明制備的sio2/zno/g-c3n4光照射2.5小時(shí)后，溶液中六價(jià)鉻的含量低于10％，優(yōu)于g-c3n4及zno/g-c3n4的光催化還原效果(光照射2.5小時(shí)后，溶液中六價(jià)鉻的含量高于20％)。

附圖說(shuō)明

圖1為產(chǎn)品a的sem圖；

圖2為產(chǎn)品b的sem圖；

圖3為產(chǎn)品c的sem圖；

圖4為產(chǎn)品d的sem圖；

圖5為產(chǎn)品a、b、c、d、氧化鋅、g-c3n4、sio2對(duì)六價(jià)鉻的還原能力，c0為溶液中原始cr⁶⁺的濃度，ct為不同時(shí)間點(diǎn)cr⁶⁺的濃度；

圖6為產(chǎn)品a催化還原六價(jià)鉻溶液的光譜吸收?qǐng)D；

圖7為產(chǎn)品b催化還原六價(jià)鉻溶液的光譜吸收?qǐng)D；

具體實(shí)施方案

為了便于對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，下面提供的實(shí)施例對(duì)其做了更詳細(xì)的說(shuō)明。但是這些實(shí)施例僅供更好的理解發(fā)明而并非用來(lái)限定本發(fā)明的范圍或?qū)嵤┰瓌t，本發(fā)明的實(shí)施方式不限于以下內(nèi)容。

實(shí)施例1

(1)稱取硫酸鋅(1.0g)溶于適量的去離子水(5ml)中，加入氨水(2ml)，室溫下攪拌反應(yīng)1-2小時(shí)后，離心，得沉淀，用去離子水洗2-3次；

(2)稱取0.8g步驟(1)得到的沉淀超聲分散于乙醇(6.4ml)中，加入適量氨水(0.8ml)、正硅酸乙酯(0.64ml)，室溫下攪拌加入3-4小時(shí)，離心，得沉淀，用去離子水洗2-3次；

(3)稱取1.0g步驟(2)得到的沉淀與三聚氰胺(10g)，用研缽研磨均勻后，放入馬弗爐中，溫度設(shè)定為510℃，升溫速率10℃/min，保溫時(shí)間120分鐘，保溫結(jié)束后，停止加熱自然冷卻至室溫，得到sio2/zno/g-c3n4納米材料(以下簡(jiǎn)稱產(chǎn)品a，圖1)。

實(shí)施例2

(1)稱取硫酸鋅(1.0g)溶于適量的去離子水(10ml)中，加入氨水(3ml)，室溫下攪拌反應(yīng)1-2小時(shí)后，離心，得沉淀，用去離子水洗2-3次；

(2)稱取0.8g步驟(1)得到的沉淀超聲分散于乙醇(9.6ml)中，加入適量氨水(1.6ml)、正硅酸乙酯(1.28ml)，室溫下攪拌加入3-4小時(shí)，離心，得沉淀，用去離子水洗2-3次；

(3)稱取1.0g步驟(2)得到的沉淀與三聚氰胺(100g)，用研缽研磨均勻后，放入馬弗爐中，溫度設(shè)定為510℃，升溫速率10℃/min，保溫時(shí)間120分鐘，保溫結(jié)束后，停止加熱自然冷卻至室溫，得到sio2/zno/g-c3n4納米材料(以下簡(jiǎn)稱產(chǎn)品b，圖2)。

實(shí)施例3

(1)稱取硫酸鋅(1.0g)溶于適量的去離子水(5ml)中，加入氨水(2ml)，室溫下攪拌反應(yīng)1-2小時(shí)后，離心，得沉淀，用去離子水洗2-3次；

(2)稱取1.0g步驟(1)得到的沉淀與三聚氰胺(10g)，用研缽研磨均勻后，放入馬弗爐中，溫度設(shè)定為510℃，升溫速率10℃/min，保溫時(shí)間120分鐘，保溫結(jié)束后，停止加熱自然冷卻至室溫，得到zno/g-c3n4材料(以下簡(jiǎn)稱產(chǎn)品c，圖3)。

實(shí)施例4

(1)稱取硫酸鋅(1.0g)溶于適量的去離子水(10ml)中，加入氨水(3ml)，室溫下攪拌反應(yīng)1-2小時(shí)后，離心，得沉淀，用去離子水洗2-3次；

(2)稱取0.8g步驟(1)得到的沉淀超聲分散于乙醇(9.6ml)中，加入適量氨水(1.6ml)、正硅酸乙酯(1.28ml)，室溫下攪拌加入3-4小時(shí)，離心，得沉淀，用去離子水洗2-3次；

(3)稱取1.0g步驟(2)得到的沉淀與三聚氰胺(200g)，用研缽研磨均勻后，放入馬弗爐中，溫度設(shè)定為510℃，升溫速率10℃/min，保溫時(shí)間120分鐘，保溫結(jié)束后，停止加熱自然冷卻至室溫，得到sio2/zno/g-c3n4納米材料(以下簡(jiǎn)稱產(chǎn)品d，圖4)。

實(shí)施例5催化還原六價(jià)鉻

取200ml六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液、1毫升檸檬酸溶液，分別加入0.2g產(chǎn)品a、b、c、d、氧化鋅、g-c3n4、sio2，以500w氙燈和420nm濾光片為可見(jiàn)光光源，先在暗室環(huán)境中各攪拌反應(yīng)1小時(shí)，再開(kāi)燈攪拌反應(yīng)3.5小時(shí)；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明產(chǎn)品a、b對(duì)六價(jià)鉻的還原效果優(yōu)于產(chǎn)品c、d和g-c3n4，當(dāng)光照射2.5小時(shí)后，溶液中六價(jià)鉻的含量低于10％，尤其是產(chǎn)品a當(dāng)光照射2.5小時(shí)后，溶液中六價(jià)鉻的含量低于3％(結(jié)果見(jiàn)圖5)。產(chǎn)品a、b催化還原六價(jià)鉻溶液的光譜吸收?qǐng)D(見(jiàn)圖6、7)。