[发明专利]二氧化锡/类石墨烯氮化碳复合光催化材料及其制备方法

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，该催化剂是一种二氧化锡/类石墨烯氮化碳复合物，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。

石墨型氮化碳具有适合的禁带宽度，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。然而，石墨型氮化碳单体的光催化性能还不能达到要求，这归因于它较高的光生载流子复合率。将石墨型氮化碳剥离成类石墨烯氮化碳(GL-C₃N₄)，能降低其光生电子与空穴的复合效率。而进一步将类石墨烯氮化碳与其他二维材料(如石墨烯，二氧化锡，二硫化钼等)复合，能进一步增加活性位点或者活性位点协同效应，从而显著提高其光催化活性。二氧化锡,一种n型半导体，由于其杰出的光催化性能而得到广泛应用。将类石墨烯氮化碳与二氧化锡纳米片复合从而构建具有大的比表面积和高的载流子分离效率的二维二氧化锡/类石墨烯氮化碳(GL-SnO₂/C₃N₄)材料是一种提高两种单体可见光光催化活性的有效途径。

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二氧化锡/类石墨烯氮化碳复合光催化剂及其制备方法；本发明利用类石墨烯氮化碳作为可见光响应的载体材料，将其与二氧化锡复合，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，类石墨烯氮化碳与二氧化锡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二氧化锡/类石墨烯氮化碳复合光催化剂，其制备步骤如下：

第一步：将石墨型氮化碳、二氧化锡和氯化铵加入到去离子水和乙醇的混合溶液中并在室温下搅拌、超声分散，石墨型氮化碳和氯化铵的质量比为1：5，二氧化锡与石墨型氮化碳的质量比为1:10-4:10，乙醇与去离子水的体积比为1:3。

第二步：将第一步中的混合物转移到反应釜中，在180℃烘箱中反应12h后自然冷却至室温。

第三步：通过离心洗涤干燥得到淡黄色样品即为二氧化锡/类石墨烯氮化碳光催化材料。

本发明与现有技术相比，其优点在于：

(1)以类石墨烯氮化碳为支撑材料，比块状石墨型氮化碳拥有更大的比表面积，显著降低了二氧化锡的团聚程度，所制备的复合光催化剂具有更多的吸附位点和活性位点，有利于光生电子和空穴的高效分离，进而提高了光催化剂的活性。

(2)相对石墨烯而言(禁带宽度为0eV)，类石墨烯氮化碳具有较好的可见光响应带隙，其禁带宽度为2.85eV，在光照条件下可被激发，产生光生电子和空穴。将类石墨烯氮化碳与二氧化锡纳米片有效结合，更加有利于光生电子与空穴的分离，从而提升复合材料的光催化性能。

(3)二氧化锡/类石墨烯氮化碳复合材料具有较高的光催化降解性能和良好的稳定性。在可见光照射下，对于50mL罗丹明B(Rhodamine：RhB，浓度为10mg L^-1)水溶液，在180min之后，二氧化锡/类石墨烯氮化碳光催化剂对RhB的光催化降解效率为70％-92％。4次循环之后，25wt％二氧化锡/类石墨烯氮化碳光催化剂对RhB的降解效率仍达到89％以上。

(4)该制备方法为溶剂热原位复合，操作简便、成本低，有利于大批量制备。

附图说明

图1为本发明所述25wt％二氧化锡/类石墨烯氮化碳复合光催化剂的扫描电镜图。

图2为实施例1、2、3所制得二氧化锡/类石墨烯氮化碳复合光催化剂的X射线衍射图。

图3为实施例1、2、3所制得二氧化锡/类石墨烯氮化碳复合光催化剂的红外光谱图。

图4为实施例1、2、3所制得二氧化锡/类石墨烯氮化碳复合光催化剂降解污染物的活性图。

图5为实施例2所制得25wt％二氧化锡/类石墨烯氮化碳复合光催化剂的循环实验图。