[发明专利]一种可见光响应型复合光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种可见光响应型光催化剂的制备方法，该催化剂是一种少层氮化碳/氧化锌复合物，可作为一种环境功能材料应用于光催化环境治理领域。

背景技术

随着经济社会的迅速发展，能源短缺，环境恶化与经济可持续发展间的矛盾日益突出，光催化技术以其绿色可持续性，在环境污染治理等方面引起了科学家们的广泛关注；但是许多光催化材料的禁带宽度大、紫外光区响应已经大大阻碍了其发展，无法达到大规模应用的目的，因此开发新型高效可见光响应的光催化剂具有重大的现实意义。

石墨型C₃N₄由于其适合的禁带宽度，仅为2.70eV，而且由于其具有非金属性，稳定性，无毒性，被认为是一种理想的可见光催化剂。而ZnO由于其较大的禁带宽度，致使对可见光不响应，影响了其在光催化领域的广泛应用。到目前为止，研究者们主要是通过掺杂金属或者金属氧化物的方法来提高其光催化活性，利用无毒稳定的非金属石墨型C₃N₄材料改性ZnO材料，在光催化领域具有广阔前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高光催化活性和比表面积的可见光响应型少层氮化碳/氧化锌复合光催化剂及其制备方法；本发明利用少层C₃N₄作为可见光响应的载体材料，提高光生电子-空穴对的分离效率，从而提高复合光催化剂的活性；氮化碳(C₃N₄)自2009年被发现并命名以来，具有较好的可见光响应带隙，在光照条件下可被激发，产生光生电子和空穴，少层C₃N₄与ZnO材料之间的接触有助于光生电子与空穴的分离，进而有助于光催化性能的提升。

实现本发明目的的技术解决方案为一种可见光响应的少层氮化碳/氧化锌复合光催化剂，其制备步骤如下：

(1)将块状石墨型C₃N₄热剥离得到少层-C₃N₄。

(2)向Zn(NO₃)₂中加入去离子水，超声至均匀分散得到Zn(NO₃)₂水溶液。

(3)向Zn(NO₃)₂水溶液中加入氨水得到混合液。

(4)将步骤(3)得到的混合液装入反应釜中，于160℃温度下反应12h，洗涤、干燥，得到花状ZnO。

(5)将花状ZnO于甲醇溶液中超声分散，再将少层C₃N₄置于其中，室温搅拌使其分散均匀得到悬浮液。

(6)将步骤(5)所得的悬浮液在100℃油浴加热搅拌，至蒸发完全后即得少层C₃N₄/ZnO复合光催化剂。

步骤(1)中，所述的将块状石墨型C₃N₄热剥离得到少层-C₃N₄，指在550℃下加热100min，升温速率为2℃/min。

步骤(2)中，超声的时间为10-20min。

步骤(3)中，氨水与步骤(2)中的去离子水的体积比为2.5：20。

步骤(5)中，超声分散的时间为20min；室温搅拌的时间为3h；花状ZnO和少层C₃N₄的质量比为100：15-100：60；优选100：30。

本发明与现代技术相比，其显著优点在于：

(1)以少层C₃N₄为支撑材料，比块状石墨型C₃N₄拥有更大的表面积，降低了ZnO的团聚程度，提供了更多的吸附位点与活性位点，从而提高了光生电子和空穴的有效分离，进而提高了光催化剂的活性。

(2)相比较于石墨烯而言(禁带宽度为0eV)，少层C₃N₄具有较好的可见光响应带隙，其禁带宽度为2.70eV，在光照条件下可被激发，产生光生电子和空穴。少层C₃N₄与ZnO材料之间的接触，更加有利于光生电子与空穴的分离，有助于光催化性能的提升。

(3)此制备方法为浸渍复合，操作简单、试剂便宜，可用于大量制备。

附图说明