Z型α-Fe2O3/g-C3N4复合光催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种直接Z型α

【技术实现步骤摘要】
Z型
α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于光催化剂
，具体涉及到一种Z型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂的制备和在光催化伯胺氧化偶联反应的应用。

技术介绍

[0002]在有机合成化学中，亚胺是一类重要的中间体，然而传统的伯胺合成方法存在原子经济性低、原料毒性大、操作费用高等问题。光氧化还原催化正在成为一种高效、绿色的催化方式，它可以利用清洁的太阳能在温和的条件下驱动各种光催化化学反应。当前，非均相光催化剂特别是半导体光催化剂，因其具有良好的稳定性和巨大的工业潜力常被用来进行可见光诱导的有机转化。然而，单半导体光催化剂通常可能由于其光生电荷载流子的快速复合和其有限的氧化还原电位而催化效率较低。因此，建立具有II型或Z型能带结构的异质结或复合光催化剂是解决这一问题的有效方法。此外，与传统的II型模式相比，Z型光催化剂不仅促进了光生电子空穴对的分离，而且在复合材料中具有更高的还原和氧化电位。
[0003]近年来，由于氮化碳(g
‑
C3N4)是一种带隙宽度为2.66eV的非金属有机半导体，在光催化领域引起了广泛的关注。目前，g
‑
C3N4已被研究为一种很有前途的水污染物处理、CO2转化和有机合成，其能带结构相对合适、成本低、易得、环境友好。但是g
‑
C3N4的吸收范围较窄，电子和空穴对的分离效率低。
[0004]赤铁矿(α
‑
Fe2O3)是最常见的氧化铁形式。α
‑
Fe2O3具有相对较小的带隙(～2.01eV)，可以在可见光下进行光激发。此外，它可能是最稳定的氧化铁，具有良好的耐蚀性。因此，考虑到α
‑
Fe2O3的可见光响应、优异的光化学稳定性、丰富性和无毒性，在大规模的光氧化还原催化中具有巨大的工业潜力。然而，α
‑
Fe2O3的光催化性能通常受到一定因素的限制，如低吸收系数、低载流子迁移率和短孔扩散长度。此外，其传导带(CB)的相对较低的还原电位可能很难在许多有机转化中驱动关键自由基的形成，如超氧自由基。因此，将α
‑
Fe2O3与合适的半导体耦合，形成有效的Z型结构是可取的。因此，如果将α
‑
Fe2O3和g
‑
C3N4复合，制备Z型α
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Fe2O3/g
‑
C3N4光催化剂，可以增强可见光吸收范围，降低电子空穴对的复合速率，提高光催化的氧化还原能力，增强光催化性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种用于伯胺氧化偶联反应的Z型光催化剂制备方法，包括如下步骤：
[0006]1.一种Z型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]S1：三价铁盐与乙醇和水的混合液混合，搅拌条件下加入醋酸钠(CH3COONa)，经过超声处理使得物质完全分散。
[0008]S2：将混合物转移至水热釜中，水热反应后，待其自然冷却至室温，将悬浊液过滤分离出沉淀物，得到α
‑
Fe2O3纳米颗粒。
[0009]S3：取α
‑
Fe2O3纳米颗粒在去离子水中超声分散，然后加入含氮有机物，充分搅拌使
α
‑
Fe2O3纳米颗粒与含氮有机物充分混合。
[0010]S4：将混合物转移至马弗炉中，高温煅烧，煅烧结束后，待其自然冷却至室温，得到Z 型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂。
[0011]2.进一步地，如1所述的Z型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂制备方法，步骤S1中，三价铁在混合溶液中的溶度为0.01
‑
0.10mol/L，且三价铁盐包括但不仅限于氯化铁和硝酸铁。
[0012]3.进一步地，如1所述的Z型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂制备方法，在步骤S1中，醋酸钠(CH3COONa)的加入量为500
‑
800mg，乙醇和水的比例为1∶1。
[0013]4.进一步地，如1所述的Z型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂制备方法，在步骤S2中，水热反应的温度为180
‑
200℃，水热时间为12
‑
24h。
[0014]5.进一步地，如1所述的Z型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂制备方法，步骤S2中，沉淀先使用去离子水洗涤3
‑
5次，再使用无水乙醇洗涤3
‑
5次。
[0015]5.进一步地，如1所述的Z型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂制备方法，步骤S3中，含氮有机物包括但不仅限于为硫脲、尿素、双氰胺和三聚氰胺。
[0016]6.进一步地，如1所述的Z型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂制备方法，步骤S3中，α
‑
Fe2O3与含氮有机物的质量比为1
‑
15％。
[0017]7.进一步地，如1所述的Z型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂制备方法，步骤S4中，煅烧温度为400
‑
600℃，升温速率2℃/min，煅烧时间4
‑
6h。
[0018]8.采用权利要求1
‑
7任一项方法制备的Z型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂在光催化伯胺氧化偶联反应的应用。
[0019]9.进一步地，如8所述的应用，所述的伯胺为苯甲胺、4
‑
甲氧基苄胺、4
‑
甲基苄胺等。
[0020]本专利技术具有如下有益效果：
[0021]g
‑
C3N4本身吸光范围有限，且光生电子空穴对易发生复合，而光生电子空穴易发生复合，光生电子还原能力不足，无法将O2还原为
·
O2‑
。在本专利技术中，通过α
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Fe2O3与g
‑
C3N4复合，构成Z型结构，可以拓展光催化剂的光吸收范围，促进光生电子对分离和转移，提高催化剂的氧化还原能力，进而提升光催化剂的活性和稳定性。
附图说明
[0022]图1为所制备的α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂SEM分析图。
[0023]图2为所制备的g
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Z型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：三价铁盐与乙醇和水的混合液混合，搅拌条件下加入醋酸钠(CH3COONa)，经过超声处理使得物质完全分散。S2：将混合物转移至水热釜中，水热反应后，待其自然冷却至室温，将悬浊液过滤分离出沉淀物，得到α
‑
Fe2O3纳米颗粒。S3：取α
‑
Fe2O3纳米颗粒在去离子水中超声分散，然后加入含氮有机物，充分搅拌使α
‑
Fe2O3纳米颗粒与含氮有机物充分混合。S4：将混合物转移至马弗炉中，高温煅烧，煅烧结束后，待其自然冷却至室温，得到Z型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂。2.如权利要求1所述的Z型α
‑
Fe2O3/g
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C3N4复合光催化剂制备方法，其特征在于，步骤S1中，三价铁在混合溶液中的溶度为0.01
‑
0.10mol/L，且三价铁盐包括但不仅限于氯化铁和硝酸铁。3.如权利要求1所述的Z型α
‑
Fe2O3/g
‑
C3N4复合光催化剂制备方法，其特征在于，在步骤S1中，醋酸钠(CH3COONa)的加入量为500
‑
800mg，乙醇和水的比例为1∶1。4.如权利要求1所述的Z型α
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Fe2O3/g
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C3N4复合光催化剂制备方法，其特征在于，在步骤S2中，水热反应的温度为为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕树祥，武汝静，李臻，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：