[发明专利]一种β-FeOOH/g-C3

说明书

本发明公开了一种β‑FeOOH/g‑C₃N₄异质结光催化材料的制备方法，包括以下步骤：将三聚氰胺放入箱式炉中进行多次重复热聚合反应得到块状g‑C₃N₄；将块状g‑C₃N₄分散于5‑20ml的乙二醇中，超声10～40min，最终得到超声辅助液相剥离的GCNS悬浊液；将FeCl₃溶液加入GCNS悬浊液中，混合，充分搅拌均匀后进行溶剂热反应，最后离心洗涤、干燥，得到一维β‑FeOOH纳米棒与二维g‑C₃N₄薄片的复合材料；将上述干燥好的材料放入马弗炉中进行热处理，最终得到β‑FeOOH/g‑C₃N₄异质结材料。本发明的制备方法简单成熟、成本低，且材料化学稳定性好，污染物降解能力强，催化效率高。

技术领域

本发明涉及一种β-FeOOH/g-C₃N₄异质结光催化材料的制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

目前，化石类燃料与日俱增的消耗和短缺及其燃烧后生成CO₂带来一系列能源与环境问题。光催化技术在制备清洁能源方面显示了巨大的潜力，因其可以利用丰富的太阳能被广泛研究。近年来，光催化水分解制氢的研究日益得到各国的重视，其机理是半导体材料通过有效吸收光能产生具有还原能力和氧化能力的光生电子-空穴对,在催化剂的表面发生直接或者间接的氧化或还原反应，从而实现水分解为氢气与氧气。在众多光催化剂中g-C₃N₄带隙为2.7eV，导带和价带跨立在H⁺/H₂和H₂O/O₂还原电势的两侧,可用于可见光催化产氢。同时g-C₃N₄具有可见光催化，比表面积大、化学和热稳定性好，作为支撑其他半导体材料的载体等优势而被学者广泛的研究。g-C₃N₄在光催化制氢时,激发至导带的电子与氢离子结合,留下的空穴由催化体系中加入的三乙醇胺、维C或甲醇及时移除。由于超电势的存在,g-C₃N₄光激发产生的电子不能快速地转移给氢离子,进而影响了光解制氢的速率。通过g-C₃N₄表面沉积一定量的半导体构来建异质结复合光催化材料，可以在一定程度上解决这个难题,这是由于异质结材料有利于光生电子的迅速转移使H⁺转化为 H₂。其中二维g-C₃N₄具有大的比表面积，使其拥有更多的光催化活性位点，且由于量子限域效应，使得其禁带宽度增大(禁带和价带向相反方向移动)，载流子输运能力提高，光生载流子寿命增加，从而提高氧化还原能力，并有效分离电子与空穴，减少复合，最终有效的提高光催化能力。

羟基氧化铁(FeOOH)是土壤和自然环境中的共同组分，一维羟基氧化铁具有比表面积大、化学性质稳定等特点，被广泛应用于吸附剂、离子交换剂、催化剂、传感器和电极材料等领域。而β相FeOOH是一种性能极佳的半导体材料，该材料能在太阳光能的激发下，能引发一系列复杂的化学反应。近些年来，以β相FeOOH作为光催化剂氧化降解废水中的有害有机物，取得较好的效果。其中β相FeOOH的禁带宽度约为2.6eV，为可见光激发，在太阳光光源条件下具有较大的吸收范围，β相FeOOH光催化对有机物有很好的降解效率。一维的β相FeOOH纳米棒由于形状各向异性使其有更大的比表面积，更好的光吸收能力，从而增强催化性能而受到广泛关注。