[发明专利]基于g-C3

说明书

本发明涉及一种基于g‑C₃N₄的TiO₂晶粒堆积贯通孔复合结构，基底g‑C₃N₄粉体轻盈蓬松，具有多维方向上均匀分布的贯通孔隙结构，贯通孔隙结构的孔壁厚度为20‑40nm，贯通孔隙结构的孔道直径范围100‑200nm；尺寸为10‑20nm的TiO₂纳米晶粒均匀分布在贯通孔隙结构的多维孔壁上形成g‑C₃N₄/TiO₂复合层结构，g‑C₃N₄/TiO₂复合层结构的厚度30‑50nm，由TiO₂晶粒堆积形成的多维贯通孔隙结构g‑C₃N₄/TiO₂具有0.5‑1.5nm的微孔、2‑4nm和25‑45nm的介孔，以及90‑200nm大孔。本发明解决了现有复合材料中比表面积小，活性位点少，催化活性低，现有技术中的制备方法过程复杂、成本高、形貌难以控制等问题。

技术领域

本发明属于半导体复合光催化材料技术领域，具体涉及一种以g-C₃N₄为基底的TiO₂晶粒堆积三维贯通孔复合结构及其制备方法。

背景技术

环境的持续恶化和人类对可再生清洁能源的迫切需求使光催化技术成为当代科学研究的热点之一。光催化技术被认为是解决能源短缺与环境污染问题最有潜力的绿色手段之一。光催化技术由于不消耗地球能源、不使用有害的化学药品，而仅仅利用太阳光的光能等就可将环境污染物在低浓度状态下清除净化，并且还可作为抗菌剂、防霉剂应用，因而是一项具有广泛应用前景的环境净化技术。未来随着光催化技术研究的深入开展，应用在建筑、家电、涂料、生活等领域的光催化产品会不断增多，在水污染治理、医疗设施及器械、农业等领域的应用将会引起关注，光催化市场前景可期。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种非金属半导体，特殊的类石墨结构赋予了其在光催化领域巨大的应用潜力。众所周知，光催化剂的形貌对其光催化性能起着重要的作用。TiO₂因其无毒，良好的化学稳定性，合适的能带位置和价格低廉，在半导体光催化领域占有重要地位。然而，其较差的光响应特性和较低的光生载流子分离效率限制了其实际应用。掺杂改性技术，可拓展光响应波长、促进光生载流子分离以提高材料量子效率一直是TiO₂研究的重要方向。特殊形貌石墨相氮化碳(g-C₃N₄)基材料，如贯通孔结构具有多级结构、可调变的短程电子传递路径等特点，能较好地解决传统g-C₃N₄基材料存在的比表面积小、可见光利用效率低以及光生载流子易复合等问题，因而成为众多光催化材料掺杂改性的重要基底。中国专利CN 111250139 A公开了一种混晶TiO₂/g-C₃N₄纳米空心管复合材料及其制备方法，以尿素，四氯化钛、六次甲基四胺为原料，通过二次焙烧与水热法得到金红石和锐钛矿型TiO₂混晶/g-C₃N₄纳米空心管复合材料。该方法制备的TiO₂晶型发育不完全，复合的g-C₃N₄空心管孔取向单一，且原料使用了易燃腐蚀性药品，制备工艺复杂，废液排放对环境造成污染。

目前制备的g-C₃N₄/TiO₂复合材料，要么仅采用煅烧处理g-C₃N₄后得到的块状或片状去复合，要么将g-C₃N₄混入其他物质不均匀掺杂复合，比表面积小，活性位点少，催化活性低；要么在强酸或强碱条件下进行，废液排放对环境造成污染。

发明内容

发明目的：