[发明专利]一种掺磷石墨相氮化碳/钛酸锌复合光催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种掺磷石墨相氮化碳/钛酸锌复合光催化剂的制备方法，复合催化剂采用一步法直接制备掺磷石墨相氮化碳复合钛酸锌的催化剂，制备步骤简单，成本低廉，将钛酸锌的光响应区间扩大至可见光区，提高载流子分离能力，减少空穴‑光生电子的复合几率，最大限度地提高了光催化剂的光催化活性。制备的催化剂对降解罗丹明B，降解率可高达98％。

技术领域

本发明公开了一种掺磷石墨相氮化碳/钛酸锌复合光催化剂的制备方法，属于光催化材料制备方法技术领域。

背景技术

随着经济的不断发展，环境问题日益成为全世界关注的突出问题，大气、水体污染的不断加剧，已经严重威胁到人类的生存和发展，如何有效降解和消除环境污染物已成为最为活跃的一个研究方向。由于光催化技术可在常温常压下进行，对有机物的降解比较彻底，并且没有二次污染等突出的优点，是目前公认的最佳方法。

以Ti、Zn元素为代表的半导体材料(如TiO₂和ZnO)以其优良的性能在光催化、吸附脱硫、污水处理、分子筛改性等领域都有广泛的应用。ZnTiO₃作为TiO₂和ZnO的完美结合，越来越受到研究者的重视，特别是立方相的ZnTiO₃，已经在非线性光学，光催化，光致放光等领域得到应用。然而，立方相的ZnTiO₃的禁带宽度为3.65eV，使得其只能在约占太阳光7％的紫外光区有响应，其利用率较低，限制了其进一步应用。

氮化碳(C₃N₄)是一类由氮和碳两种元素组成的无金属的聚合物材料，它有五种同素异形体：α相，β相，准立方相，立方相和石墨相。前四种晶相是类似金刚石的超硬材料，具有较高的热稳定性和化学惰性；而石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是“软质相”，具有类似石墨的2D层状结构，这种结构可以看成是由π共轭石墨平面(sp2杂化的C和N原子构成的平面)组成的N原子掺杂的石墨架构。g-C₃N₄是常用的可见光相应的n型有机半导体，具有良好的热稳定性和化学稳定性，并且其禁带宽度为2.7eV，对可见光有一定的响应能力。但是，纯g-C₃N₄的光响应能力较弱，光致载流子的复合很快，一般是掺杂或者复合进行改性。

中国专利201610183989.3公开了一种钛酸锌锂/二氧化钛复合负极材料及其制备方法，属电化学领域，将含锂，锌，钛元素的化合物进行烧结。而钛酸锌应用于光催化领域的报道并不多见，如中国专利201710340654.2报道了以表面活性剂、Zn源和Ti源溶液合成钛酸锌的方法。苏碧桃等(苏碧桃,朱平武,许晶晶,等.ZnTiO₃-TiO₂纳米复合材料的光催化性能[J].应用化学,2011,28(1):33-38.)和张进等(张进,刘一鸣,张王刚,等.TiO₂-ZnTiO₃纳米复合薄膜的制备及光催化性能[J].人工晶体学报,2015,44(4):1003-1008.)将钛酸锌与二氧化钛复合制备了光催化剂。

中国专利201710042164.4公开了一种磷掺杂石墨相氮化碳纳米薄膜的制备方法，惰性条件下合成了石墨相氮化碳，并在管式炉中以次亚磷酸钠为磷源制备了磷掺杂的石墨相氮化碳，制备过程较复杂，且未做其他改性复合。中国专利201611097994.9公开了一种硼硫共掺杂石墨烯氮化碳的制备方法并应用于Hg²⁺的检测，虽然在一定程度上提高了石墨相氮化碳的荧光性质，但也未有与其他组分的复合改性。

迄今为止，尚未见采用一步法直接合成掺磷石墨相氮化碳/钛酸锌复合光催化剂的报道。

发明内容