[发明专利]一种g-C3

说明书

本发明公开了一种g‑C₃N₄–TiO₂异质结光催化剂及其制备方法。该方法包括如下步骤：将三聚氰胺高温煅烧，得到g‑C₃N₄；将所得g‑C₃N₄与TiO₂前驱物混合，通过溶胶‑热液法制备得到g‑C₃N₄/TiO₂光催化剂；将所得g‑C₃N₄/TiO₂在缩水剂作用下反应，得到g‑C₃N₄–TiO₂异质结光催化剂。本发明的g‑C₃N₄–TiO₂复合催化剂具有紧密的异质结结构，在光照条件下具有较高的光电流响应能力，异质结结构能有效抑制光生电子‑空穴的复合。同时，本发明的制备方法原料易得、成本低、反应条件温和且对环境无污染，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及光催化材料领域，特别涉及一种g-C₃N₄–TiO₂异质结光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着世界人口的迅猛增加和现代工业的高速发展，能源短缺和环境污染已成为当今社会面临的两个主要难题。基于半导体材料的光催化作为一种新兴和绿色的技术，在解决能源和环境问题方面具有巨大潜力。近几十年，在众多半导体中，TiO₂因其化学性质稳定、反应条件缓和、氧化还原性强、二次污染小等优势，一直是科研工作者研究的热点领域。然而，单纯TiO₂在光催化反应时光生电子和空穴极易复合，导致光量子效率低下，光催化活性受到抑制。此外，TiO₂禁带宽度约为3.2eV，对应的光吸收带边为387nm，因此只能被太阳光谱中不足5％的紫外光辐射所激发，对太阳能中的可见光部分无法利用，这些都限制了TiO₂的工业化发展。

将TiO₂与合适的半导体氧化物耦合可以有效改善单纯TiO₂使用时的不足，同时可以发挥各自的性能优势，起到协同增效作用。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为非金属半导体，具有化学性质稳定、禁带宽度较窄、兼容性强等优点，使得它在光催化剂领域具有很大的发展潜力。将g-C₃N₄与TiO₂耦合，两者可以形成良好的II型半导体匹配，能够有效促进光生电子和空穴的分离。此外，g-C₃N₄的禁带宽度约为 2.7eV，对应的光吸收带边为460nm，能够被可见光激发，TiO₂与 g-C₃N₄耦合后可以有效拓展催化剂的光谱响应范围，提高对太阳能的利用率。但现有光催化材料存在制备工艺复杂，需要激光或高温处理等问题，从而导致工艺条件苛刻、操作难度大等问题。因此，开发出制备工艺简单、易于实施的高效光催化材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中TiO₂光催化剂催化效率和光催化活性较低，制备工艺复杂，条件苛刻等问题，本发明提供一种具有紧密异质Ti-N化学键联的g-C₃N₄–TiO₂复合光催化剂及其制备方法，本发明通过构建TiO₂与g-C₃N₄之间的化学键联，形成紧密异质结构，这对于该耦合体系光催化活性的提升以及改善环境方面的应用具有重要意义。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种 g-C₃N₄–TiO₂异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤，