[发明专利]具有不同形貌的g-C3N4光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化技术领域的半导体催化剂的制备方法，具体是指具有不同形貌的g-C₃N₄光催化剂的制备方法。

背景技术

光催化技术是一种利用光催化剂在光照射下发生催化反应的技术，一般是多种相态之间的反应，是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。半导体光催化剂能够在光的照射下激发产生电子和空穴，在半导体表面发生氧化还原反应，从而实现水的分解或使有机物污染物的分解，实现光能的利用和转化。

作为一种新型的半导体材料，g-C₃N₄以其独特的组成与结构以及可见光催化活性等特点成为研究的热点。怎样最大限度地提高光生电子和空穴的分离，成为提高g-C₃N₄光催化效率的关键。为了提高g-C₃N₄的催化效率，科学家们做了一系列的努力。许多学者致力于将g-C₃N₄与其他物质复合来解决这个难题。例如，Yan S C等人(Yan S C.Lv S B.Li Z S.Zou Z G.Organic-inorganic composite photocatalyst of g-C₃N₄and TaON with improved visible light photocatalytic activities[J].Dalton Trans.2010，39：1488-1491.(具有更好可见光催化性能的g-C₃N₄/TaON的有机-无机复合光催化剂))通过球磨加热的方法制备了有机-无机复合光催化材料g-C₃N₄/TaON复合物。制备得到的复合物降解罗丹明B的性能高于纯g-C₃N₄或纯TaON。这种增强的光催化性能主要得益于在半导体的内部和表面的电子-空穴对分离能力都增强了。同时也有不少学者致力于从改进g-C₃N₄本身结构来提高光催化性能。如Menny Shalom等人(Improving Carbon Nitride Photocatalysis by Supramolecular Preorganization of Monomers，J.Am.Chem.Soc.2013，135，7118-7121(通过预处理单体形成超分子结构制取光催化性能提高的g-C₃N₄))通过采用三聚氰胺与三聚氰酸制备超分子前驱体后煅烧，得到了空心结构的g-C₃N₄光催化剂，提高了比表面积，其光催化性能也有了很大提高。

在研究中发现，尿素为弱碱性，能与弱酸性的三聚氰酸形成脲氰尿酸盐。同时，尿素可以溶于乙醇，利于与另外两者的均匀结合。将尿素加入到通过氢键形成的三聚氰胺与三聚氰酸超分子体系中，有望形成盐-超分子共存体系，通过三者比例的调控，利用高温下反应，得到结构优异，比表面积更高的g-C₃N₄，从而提供更多活性反应点和促进光生电子-空穴的分离效率，进而提高光催化效率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可提高比表面积，提高光生电子、空穴分离效率的具有不同形貌的g-C₃N₄光催化剂的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种具有不同形貌的g-C₃N₄光催化剂的制备方法，其特征在于，将三聚氰胺，尿素和三聚氰酸加入到无水乙醇溶液中，通过搅拌，超声，再搅拌，干燥过程得到前驱体，然后在管式炉中煅烧，最终制备得到不同形貌的g-C₃N₄光催化剂。

所述的不同形貌的g-C₃N₄光催化剂的形貌包括多孔块体，空管镶嵌或蠕虫状。

所述的前驱体通过以下方式制备得到：将三聚氰胺，尿素和三聚氰酸加入到无水乙醇溶液中，室温下搅拌3-5h，然后超声3-5h，取出样品后在40-60℃水浴加热并搅拌至样品无明显液体水，移入烘箱内干燥，得到所需的前驱体样品。无水乙醇的用量按照5～15ml/g前驱体混合物总质量配置。