[发明专利]一种基于单分散单质铋和氮化碳的光催化剂的制备办法

说明书

本发明公开了一种单分散单质铋/氮化碳光催化剂的制备办法，关键在于：以尿素为前驱体制备的氮化碳作为载体，将液相化学还原法制备的单分散单质铋颗粒固定于氮化碳表面，最后通过配位交换反应去除复合体系中表面活性剂成分，单质铋/氮化碳光催化剂。本发明提供了一种过程简单，能耗低，材料形貌可控，反应活性高的单分散单质铋/氮化碳光催化剂制备方法。本发明制备的单分散单质铋/氮化碳光催化剂可快速、有效去除空气中的一氧化碳等污染物，且通过对单质铋颗粒的可控合成还可以实现对催化活性的调控。

技术领域

本发明涉及一种高活性光催化剂。

背景技术

随着社会的不断进步，经济的快速发展，各类环境污染问题逐渐成为人类面临的严峻挑战，近年来大气污染事件频发，更是受到了广泛的关注。无论是PM2.5还是各类室内有毒气体，都与我们的生活密切相关，据统计人的一生80％的时间是在室内度过的，而60％以上的人类疾病与室内空气污染有关。随着人类对生活环境质量要求的提高，室内空气污染治理成为环境修复领域的热点。传统的室内空气净化技术主要通过物理吸附实现，但这种办法不仅效率低、稳定性差，还存在还原再生等后处理问题。而近年来兴起的光催化处理技术，通过使用光催化剂吸收光能，将空气中的水或氧气催化成氧化能力极强的羟基自由基(·OH)和超氧阴离子自由基(O₂·)、活性氧(HO₂·，H₂O₂)等活性基团，这些活性基团可以强效分解各种具有不稳定化学键的有机化合物和部分无机物，从而降解空气中的各种污染物，在净化环境污染物和开发清洁能源等方面具有巨大的应用潜力。在光催化技术中，光催化剂是决定光催化反应能否高效快速实现污染物降解的关键，常用的光催化剂根据可被激发的能量来源分为紫外光响应光催化剂和可见光响应光催化剂两大类。前者最常见、研究最广泛，目前商业化应用也最多例如TiO₂光触媒，然而实际上，在太阳辐射中紫外光含量仅5％，而可见光却高达43％，开发具有可见光响应的窄禁带光催化剂可以有效提高能量的利用效率。

在各种新型催化剂中，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为可见光驱动的非金属聚合光催化剂，由于禁带宽度较小(约为2.7eV)，光吸收范围广(可吸收450nm左右的可见光)，能够更加高效地利用太阳能(Wang,X.C.,et al.J.Am.Chem.Soc.2009,131(5),1680-1681)。此外，g-C₃N₄制备方法简单，原料价格低廉，化学稳定性优异，且环境友好，很快便得到了广泛的关注，被广泛应用于能源和环境光催化领域，例如水解产氢，氧化烷烃、烯烃、醇，光分解有机污染物，光降解氮氧化物等(Wang,X.,et.al.ACS Catal.,2012,2(8),1596-1606；Dong,F.,et.al.J.Colloid Interf.Sci.,2013,401,70-79)。但g-C₃N₄作为光催化材料仍然存在一系列问题，尤其是光生电子-空穴复合严重、量子效率低等，严重制约其实际应用。为此，g-C₃N₄的改性研究备受关注，如通过物理复合，化学掺杂，微观结构调整等方法优化其性能(Chu,S.,et.al.ACS Catal.,2013,3(5),912-919)。其中，物理复合通过将g-C₃N₄与其它物质进行复合，形成异质结结构来降低电子和空穴的复合，不仅操作简单，还有利于形成协同效应，显著提升催化性能。