[发明专利]一种石墨相氮化碳复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于光催化材料的技术领域，公开了一种石墨相氮化碳复合光催化剂及其制备方法。方法：1)将g‑C₃N₄纳米片、有机溶剂和酸混合，获得混合物A；酸为醋酸或乳酸中一种以上；有机溶剂为乙醇或甲醇；2)将钛酸丁酯与混合物A混匀，获得混合物B；3)将氨水与混合物B中混匀，干燥，煅烧，获得复合光催化剂。本发明的方法简单，通过原位生长的方法在g‑C₃N₄纳米片上生长N‑TiO₂，N‑TiO₂纳米颗粒分散均匀，且与g‑C₃N₄纳米片具有充分的界面接触，两者结合更紧密，能够有效地提高光生电子和空穴的分离速度，从而提高量子效率，达到提高其催化效率的效果。本发明的催化剂在光催化制氢中具有较好的催化活性。

技术领域

本发明属于光催化剂材料技术领域，具体涉及一种石墨相氮化碳复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，半导体光催化剂作为将太阳能转化为高密度化学能或者直接降解和矿化有机污染物的重要媒介，在解决能源危机和环境污染方面展现出巨大的潜能而得到广泛研究。在众多的光催化剂中，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)以其对环境友好，高化学稳定性，热稳定性好，制备成本低且方法简单等优点而被广泛研究使用。目前，制备石墨相氮化碳最常用的方法是通过热解尿素、双氰胺或三聚氯胺等原料获得。但通过热解法制备的g-C₃N₄为多层片状堆叠的块体，存在比表面积小以及光生电子-空穴对的复合率高等缺陷，致使其光催化活性不高，严重限制了g-C₃N₄在实际中的应用。

氮掺杂二氧化钛(N-TiO₂)是一种廉价、无毒的半导体材料，其带隙值约为2.81eV，也是一种可见光催化剂材料。g-C₃N₄的导带电势和价带电势分别为-1.12eV和+1.58eV，而N-TiO₂的导带电势和价带电势分别为-0.19eV和+2.62eV。从理论上讲，g-C₃N₄和N-TiO₂复合后，在受光激发时，g-C₃N₄的光生电子会向N-TiO₂的导带转移，而N-TiO₂的光生空穴会向g-C₃N₄的价带转移，有利于光生电子和空穴的分离，减少二者的复合，提高光量子效率，从而具有更高的光催化活性。然而目前制备g-C₃N₄/N-TiO₂复合材料的方法主要有机械混合，高温共烧结，水热法等方法，仍然存在着诸如TiO₂易团聚，g-C₃N₄与N-TiO₂没有充分接触等缺点，不利于电子-空穴对的有效分离，制备的g-C₃N₄/N-TiO₂复合材料的光催化活性仍有待改善。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种石墨相氮化碳复合光催化剂及其制备方法。本发明通过原位生长的方法在g-C₃N₄纳米片上生长N-TiO₂，N-TiO₂纳米颗粒分散均匀，且与g-C₃N₄纳米片具有充分的界面接触，两者结合更紧密，能够有效地提高光生电子和空穴的分离速度，从而提高量子效率，达到提高其催化效率的效果，特别是在光催化制氢中，本发明的催化剂具有更好的光催化活性。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：