[发明专利]一种可重复利用的高效氮化碳基复合光催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种可重复利用的高效g‑C₃N₄基复合光催化剂的制备方法，属于光催化技术领域，其包括如下步骤：S1：向碳氮源中加入去离子水，强烈搅拌，得到澄清溶液备用；S2：在S1所得的澄清溶液中加入铁盐后，继续搅拌使其充分混合均匀后干燥至溶液完全蒸发，收集所得粉末；S3：将S2所得的粉末置于惰性气体气氛中，在500℃～600℃下煅烧1h～3h，自然冷却到室温；S4：将步骤S3所得的产物用无水乙醇和去离子水各洗涤3次，离心分离、再干燥，即得所述g‑C₃N₄基复合光催化剂。本发明所制得的g‑C₃N₄基复合光催化剂能在太阳光作用下实现光催化将甲基橙高效降解，具有可回收重复使用、降解效率高等优点。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及一种可重复利用的高效g-C₃N₄基复合光催化剂的制备方法。

背景技术

能源危机和环境恶化是当前人类社会所面临的两个重大问题，随着经济的发展，人们对于生态环境和能源问题的关注日益增长，解决能源危机和环境污染的问题是提高我国人民生活质量、实现国家可持续发展的迫切需要。因此，开发清洁、有效的环境治理和能源技术已迫在眉睫。由于g-C₃N₄的禁带宽度2.7eV，而且具有光催化活性高、稳定性好、原料价格便宜等优点，使其成为了新型光催化材料的研究热点，并在有机污染物的光催化降解、光解水制氢以及光催化有机合成等方面有良好的应用前景。但是，单一相催化剂通常量子效率较低，因而其光催化性能还不够优异。另外，由于体相g-C₃N₄材料的光生电子-空穴复合率比较高，使其光催化活性在一定程度上受到了限制。

近年来，科学家们研究已经发现，对g-C₃N₄进行掺杂改性，可以使得其光催化活性明显提高，可见光的响应范围增大，这对g-C₃N₄的实际应用有着重要意义。掺杂改性是提高半导体光催化性能改性方式中最常用手段之一。由于g-C₃N₄的特殊结构(含有-OH，且N原子比C原子多1个电子)，容易进行表面改性、掺杂以及和半导体复合形成异质体架构。对g-C₃N₄的掺杂主要包括元素掺杂和分子掺杂，其中元素掺杂又包括非金属掺杂和金属掺杂。近年来，氧、磷、硼、碘等元素的掺杂成为了非金属元素掺杂研究的热点领域。例如采用了g-C₃N₄和H₂O₂进行温和的水热反应制备出掺杂O的g-C₃N₄结构。在金属掺杂研究领域中，Wang等证明了当g-C₃N₄结构中包含Fe³⁺和Zn²⁺时，可以降低其带隙并且扩大可见光的吸收范围。Ding等也表明了过渡金属离子(如Fe³⁺、Mn³⁺、Co³⁺、Ni³⁺和Cu²⁺)被嵌入到g-C₃N₄结构框架中，能够增大光吸收范围和降低光生电子和空穴的复合率。总之，在改善g-C₃N₄的结构方面，元素掺杂起着重要作用。