[发明专利]一种TiO2@石墨相氮化碳异质结复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiO₂石墨相氮化碳异质结复合光催化剂及其制备方法，属于光催化领域。 

背景技术

随着全球工业化进程的不断发展，环境污染和能源短缺问题日益严重，已成为全球共对面对的严峻挑战。太阳能辐射能量大，清洁无污染，取之不尽，用之不是国际社会公认的理想替代能源。自1972年Fujishima和Honda发现单晶TiO₂电极光解水及Carey等成功地将TiO₂用于光催化降解水中有机污染物以来，半导体光催化技术由于能将纯洁无污染而又取之不尽的太阳能的利用与环境保护相结合，迅速受到各国研究者的普遍关注。在过去的40年里，光催化技术通常采用的金属的氧化物或硫化物作为光催化剂，如TiO₂、ZnO₂等，其禁阻带宽通常较大，仅能利用太阳光辐照的紫外线部分，量子产率较低，阻碍了光催化技术的实际应用。最近，Wong和Domen等报道了一种新型无金属聚合物半导体光催化剂—石墨相氮化碳(g-C₃N₄)在可见光作用下光解水生成氢和氧(Wong Xinchen，Nature Mater.，2009，8：76-80)以来，石墨相氮化碳由于禁阻带宽较小(2.7eV)，具有良好的可见光响应活性，氧化性较强，制备工艺简单，价格低廉，迅速成为光催化剂研究的新方向(Lyth，J.Phys.Chem.C，2009，113：20148-20151；Li，Langmuir，2009，25：10397-10401；Li，Langmuir，2010，26：3894-3901)。然而，Domen和Wong等在进一步深入研究石墨相氮化碳在可见光解水生成氧气时(Domen，J.Phys.Chem.C，2009，113：4940-4947)，发现该催化剂在光生空穴的作用下，自身部分分解生成N₂，从而造成光催化反应不稳定。因此，提高化学稳定性，避免氧化分解，是聚合物光催化剂-石墨相氮化碳走向实际应用的关键之一。 

发明内容

本发明的目的是针对上述石墨相氮化碳存在的不足，提供一种化学稳定性良好，可见光催化性能优良的新型石墨相氮化碳复合光催化剂及其制备方法。 

本发明的目的是通过如下方式实现的：一种TiO₂石墨相氮化碳异质结复合光催化剂，该复合光催化剂的结构为：核为TiO₂纳米粒子，壳为石墨相氮化碳。 

TiO₂纳米粒子的晶型为锐钛矿或金红石或两者之混合物。 

一种TiO₂石墨相氮化碳异质结复合光催化剂的制备方法，制备步骤如下： 

a)将TiO₂水溶胶及氰胺类化合物，经水热反应制备表面密勒胺包覆的TiO₂纳米粒子； 

b)对TiO₂纳米粒子水洗、分离、干燥后，经煅烧即得TiO₂石墨相氮化碳异质结复合光催化剂。 

所述氰胺类化合物是指氰胺、双聚氰胺或三聚氰胺之一种或几种之混合物。 

水热反应条件为：反应温度100℃～400℃，反应时间0.5h～50h。 

煅烧温度为300℃～1000℃，煅烧时间为0.5～10小时；优选为：400℃～800℃，煅烧时间为1～5小时。 

煅烧气氛可为空气、氮气或氩气之任一种。 

本发明具有如下的有益效果，(1)采用本发明的方法，可有效避免石墨相氮化碳自身分解，提高化学稳定性；(2)经以对氯苯酚为模拟物的对照光催化实验表明，本发明的复合光催化剂较纯的石墨相氮化碳具有更高的可见光催化活性，说明复合光催化剂有利于光生载流子的电荷分离，提高量子产率；(3)本发明的制备工艺简单，所采用的原料均为已工业化规模生产的化工原料且价格低廉，因此采用本发明的方法制备而成的复合光催化剂成本低，并适合大规模工业化生产。 

图1是本发明TiO₂石墨相氮化碳异质结复合光催化剂结构示意图； 

图2是本发明TiO₂石墨相氮化碳异质结复合光催化剂的催化机理示意图； 

图3是本发明TiO₂石墨相氮化碳异质结复合光催化剂制备过程示意图； 

图4是本发明实施例1的X射线衍射图 

图5是本发明实施例1的透射电镜图；