一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料制造技术

本发明专利技术涉及光催化产氢半导体材料技术领域，且公开了一种有机盐掺杂的Ir负载g‑C3N4合TiO2光催化半导体材料，包括以下原料，吡喃四氟化硼盐、伊红、络合物、三聚氰胺、钛酸四丁酯、纳米TiO2、钛酸酯偶联剂。该有机盐掺杂的Ir负载g‑C3N4合TiO2光催化半导体材料，通过添加Ir络合物(Ir[dF(F)ppy]2(dCF3))PF6与g‑C3N4形成有机金属C‑Ir键，降低了C3N4的活化能，增加了g‑C3N4的活性，提高了电子的传质作用，降低了光生载流子的结合能，减小了禁带宽度，从而提高了半导体材料对太阳光能的利用效率，通过加入2,4,6‑三苯基吡喃四氟化硼盐和酸性红87，使半导体材料在进行光催化分解水产氢时，降低反应的活化能，增加了光催化分解水产氢速率，从而提高了光催化半导体材料的活化性能。

An organic salt doped IR supported g-c3n4 TiO 2 Photocatalytic semiconductor material

【技术实现步骤摘要】
一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料
本专利技术涉及光催化产氢半导体材料
，具体为一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料。
技术介绍
近几十年来，随着全球能源需求的持续增长，寻找新能源的研究越来越受到人们的关注，氢能作为二次能源，具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点，是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源，光催化技术是将太阳能直接或间接转换为人类可利用能源的理想生产技术，光催化技术应用的核心在于光催化材料的研制但是，目前报道的光催化材料普遍存在光响应波长窄，稳定性差、效率低等问题，严重制约着光催化剂的大规模使用。目前，g-C3N4-TiO2光催化半导体材料具有廉价、无毒、物理和化学稳定性好等优点，被广泛应用于光催化产氢研究中，但是现有的g-C3N4-TiO2半导体材料氧化能力弱、传质作用差、禁带宽度偏大，光生载流子结合能高和量子效率低而不能有效利用太阳光能等缺点。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，既解决了传统光催化材料普遍存在光响应波长窄，化学稳定性差、效率低问题，虽同时又解决了现有的g-C3N4-TiO2半导体材料氧化能力弱、传质作用差、禁带宽度偏大，光生载流子结合能高和量子效率低而不能有效利用太阳光能等缺点。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，包括以下重量份数配比的原料，其特征在于：3-5份吡喃四氟化硼盐、4-8份伊红、1-5份Ir络合物、55-75份三聚氰胺、13-18份钛酸四丁酯、3-6份纳米TiO2、1-3份钛酸酯偶联剂。优选的，所述吡喃四氟化硼盐为2,4,6-三苯基吡喃四氟化硼盐，紫外可见吸收光谱波长为335-540nm，分子式为C23H17OBF4，结构式为优选的，所述伊红为酸性红87，紫外可见吸收光谱波长为305-630nm，分子式为C20H6Br4Na2O5，结构式为优选的，所述Ir络合物为(Ir[dF(F)ppy]2(dCF3))PF6，紫外可见吸收光谱波长为365-615nm分子式为C36H16F22IrN4P，结构式为优选的，所述纳米TiO2锐钛型纳米二氧化钛，平均粒径为35-40nm，紫外可见吸收光谱波长为200-760nm。优选的，所述三聚氰胺为分子式C3N3(NH2)3，结构式为三聚氰胺中C3N3(NH2)3含量为95-97％。优选的，所述钛酸酯偶联剂为TMC-114焦磷酸型单烷氧基类钛酸酯。优选的，所述一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，制备方法包括以下步骤：(1)制备TiO2纳米花：依次称取13-18份钛酸四丁酯、3-6份纳米TiO2和于500mL烧杯中，再加入100mL去离子水和150mL异丙醇，将烧杯置于超声波处理器中，超声并搅拌1-1.5h，使物料充分混合均匀，超声搅拌结束后将烧杯中的溶液转移到水热高压反应釜，将反应釜再置于高温加热箱中加热至170-175℃，反应12-15h，反应完全后将水热高压反应釜冷却至室温，将反应釜中的溶液置于离心清洗机，通过1500-2000mL蒸馏水进行离心清洗多次，再将物料通过300-500mL无水乙醇离心清洗，离心清洗结束后，将物料置于烘箱中加热至里于70-75℃，干燥8-12h，完全干燥后，得到白色粉末状固体，将白色粉末放入退火炉中，加热至320-340℃进行退火3h，最后冷却至室温，制备得到的白色固体粉末TiO2纳米花。(2)制备g-C3N4合TiO2杂化物：称取55-75份三聚氰胺置于500mL烧杯中，再向烧杯中加入80mL蒸馏水，150mL乙二醇和上述步骤(2)制得的TiO2纳米花，将烧杯置于水浴锅中加热至85-90℃，匀速搅拌2-3h，使三聚氰胺和TiO2纳米花混合均匀，然后停止加入搅拌，将溶液静置并冷却结晶，将溶液通过布氏漏斗过滤，得到白色晶体，将白色晶体通过1500-2000mL蒸馏水洗涤完全除去乙二醇，然后将白色晶体置于烘箱中加热至80-85℃，干燥4-6h，除去水分，得到白色晶体三聚氰胺合TiO2，再将三聚氰胺合TiO2放入马弗炉中升温速率为10℃/min，加热至600-610℃，反应3-4h，反应完全后冷却至室温，得到淡黄色粉末状固体g-C3N4合TiO2杂化物。(3)制备Ir负载g-C3N4合TiO2半导体材料：依次称取1-5份Ir络合物和1-3份钛酸酯偶联剂加入至500mL烧杯中，再向烧杯中加入50ml蒸馏水和200mL乙醇，然后缓慢加入上述步骤(2)制得的g-C3N4合TiO2复合材料，将烧杯置于水浴锅在水浴加热至60-65℃，匀速搅拌1-1.5h，充分混合均匀，再将烧杯中的溶液转移进高压水热反应釜中，将反应釜置于高温加热箱中加热至150-155℃，反应36-40h，使Ir络合物充分负载在g-C3N4合TiO2材料的表面，反应结束后，溶液过滤得到黄色固体粉末，通过300-400mL乙醇和1500-2000mL蒸馏水洗涤除去反应产生的杂质，将洗涤后的固体粉末置于烘箱中加热至80-85℃，干燥3-4h，完全除去水分，得到Ir负载g-C3N4合TiO2半导体材料。(4))制备有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料：向通入N2的三颈瓶中，加入200mL乙酸乙酯，依次称取3-5份吡喃四氟化硼盐、4-8份伊红和上述制得的Ir负载g-C3N4合TiO2材料放入三颈瓶中，将三颈瓶置于油浴锅中加热至110-115℃，通过磁力搅拌器匀速搅拌，反应6-8h，反应完全后将溶液通过旋转蒸发仪减压浓缩，得到黄棕色固体物料，将黄棕色固体物料通过2000-2500mL蒸馏水洗涤，再将固体物料置于烘箱中加热至70-75℃，干燥5-6h，除去水分，得到黄棕色固体有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：1、该有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，使用g-C3N4合TiO2作为半导体材料的基体，较于传统的光催化材料，g-C3N4合TiO2毒性很低，价格低廉，g-C3N4，TiO2物理和化学稳定性高，同时，TiO2的紫外可见吸收光谱波长为200-760nm，具有可见光全谱吸收的特点，提高了半导体材料的太阳光能的利用率，增强了半导体材料的实用性和适用性。2、该有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，通过添加Ir络合物(Ir[dF(F)ppy]2(dCF3))PF6通过钛酸酯偶联剂负载进入g-C3N4合TiO2半导体材料中，与g-C3N4形成有机金属C-Ir键，降低了C3N4的活化能，起到了增加了g-C3N4的活性，提高了电子的传质作用，降低了光生载流子的结合能，减小了禁带宽度的效果，从而达到了提高了半导体材料的量子效率和对太阳光能的利用效率。3、该有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料通过加入有机盐2,4,6-三苯基吡喃四氟化硼盐和酸性红87掺杂进入g-C3N4合TiO2杂化物表面，2,4,6-三苯基吡喃四氟化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机盐掺杂的Ir负载g‑C3N4合TiO2光催化半导体材料，包括以下重量份数配比的原料，其特征在于：3‑5份吡喃四氟化硼盐、4‑8份伊红、1‑5份Ir络合物、55‑75份三聚氰胺、13‑18份钛酸四丁酯、3‑6份纳米TiO2、1‑3份钛酸酯偶联剂。

【技术特征摘要】
1.一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，包括以下重量份数配比的原料，其特征在于：3-5份吡喃四氟化硼盐、4-8份伊红、1-5份Ir络合物、55-75份三聚氰胺、13-18份钛酸四丁酯、3-6份纳米TiO2、1-3份钛酸酯偶联剂。2.根据权利要求1所述一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，其特征在于：所述吡喃四氟化硼盐为2,4,6-三苯基吡喃四氟化硼盐，紫外可见吸收光谱波长为335-540nm，分子式为C23H17OBF4，结构式为3.根据权利要求1所述一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，其特征在于：所述伊红为酸性红87，紫外可见吸收光谱波长为305-630nm，分子式为C20H6Br4Na2O5，结构式为4.根据权利要求1所述一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，其特征在于：所述Ir络合物为(Ir[dF(F)ppy]2(dCF3))PF6，紫外可见吸收光谱波长为365-615nm分子式为C36H16F22IrN4P，结构式为5.根据权利要求1所述一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，其特征在于：所述纳米TiO2锐钛型纳米二氧化钛，平均粒径为35-40nm，紫外可见吸收光谱波长为200-760nm。6.根据权利要求1所述一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，其特征在于：所述三聚氰胺为分子式C3N3(NH2)3，结构式为三聚氰胺中C3N3(NH2)3含量为95-97％。7.根据权利要求1所述一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，其特征在于：所述钛酸酯偶联剂为TMC-114焦磷酸型单烷氧基类钛酸酯。8.根据权利要求1所述一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，其特征在于：所述一种有机盐掺杂的Ir负载g-C3N4合TiO2光催化半导体材料，制备方法包括以下步骤：(1)制备TiO2纳米花：依次称取13-18份钛酸四丁酯、3-6份纳米TiO2和于500mL烧杯中，再加入100mL去离子水和150mL异丙醇，将烧杯置于超声波处理器中，超声并搅拌1-1.5h，使物料充分混合均匀，超声搅拌结束后将烧杯中的溶液转移到水热高压反应釜，将反应釜再置于高温加热箱中加热至170-175℃，反应12-15h，反应完全后将水热高压反应釜冷却至室温，将反应釜中的溶液置于离心清洗机，通过1500-2000mL蒸馏水进行离心清洗多次，再将物料通过300-500mL无水...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世扬，
申请(专利权)人：王世扬，
类型：发明
国别省市：河南,41