[发明专利]一种钛酸铋钠/石墨相氮化碳异质结压电光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛酸铋钠/石墨相氮化碳异质结压电光催化剂及其制备方法，解决现有异质结光催化剂制备较为复杂，成本较高，且未能充分最大程度地提升g‑C₃N₄的催化活性的问题。本发明通过一步热聚合法合成石墨相氮化碳光催化剂，一步水热过程合成钛酸铋钠纳米颗粒，再通过简单的研磨混合煅烧得到NBT/g‑C₃N₄异质结压电光催化剂，g‑C₃N₄能够吸收部分的可见光产生光生载流子，而在搅拌的过程中由于外界压力使压电材料NBT表面产生电荷，同时压电极化在两种材料界面处形成内建电场，驱动光生电子和空穴向相反的方向移动。本发明通过控制NBT与g‑C₃N₄的比例，可以获得不同光催化性能的压电光催化剂用于有机染料降解和产氢。

技术领域

本发明属于光催化能量转换技术领域，具体涉及一种钛酸铋钠/石墨相氮化碳异质结压电光催化剂及其制备方法。

背景技术

全球工业化引起的能源短缺危机和环境污染是21世纪的两大难题。光催化是一种清洁安全、可持续的技术，可将无尽的太阳能转换为化学能。

近十年来，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因吸收部分可见光、合适带边位置、高的物化热稳定性以及经济环保等优势受到广泛关注；但相比于理论单成材料来说其比表面积很低，反应活性位点少，低的结晶性导致高的光生载流子复合率以及对可见光响应窄，这也是目前限制其光催化活性提升的三大瓶颈问题。因此，目前常采用其它材料与g-C₃N₄结合形成异质结来改善光生电荷的传输。

如文献1“Rational construction of plasmon Au assisted ferroelectric-BaTiO₃/Au/g-C₃N₄ Z-scheme system for efficient photocatalysis[J].CatalysisToday,2020,355,311–31”公开了一种BaTiO₃/Au/g-C₃N₄ Z型异质结光催化剂，在这种材料中，金纳米颗粒作为电子在钛酸钡(BaTiO₃)和g-C₃N₄之间传导的媒介，同时也会引入额外的表面等离子共振效应，实现有效的光生载流子分离，高的电子还原能力，因此表现出增强的光催化产氢和降解罗丹明B的活性；但此种材料用到了贵金属金，不利于节省成本和实际应用，同时该技术方案制备方法较为复杂，在制备BaTiO₃/Au/g-C₃N₄ Z型异质结光催化剂时也并未考虑BaTiO₃的压电和铁电特性，只考虑到其作为异质结促进光生电荷的分离传输作用，未能充分发挥BaTiO₃的压电和铁电特性，遏制了BaTiO₃/Au/g-C₃N₄ Z型异质结光催化剂的发展应用。

纵观目前已公开的与g-C₃N₄构成异质结的材料和方法中，更多的关注在于另一种材料的引入促进g-C₃N₄光生电荷分离和传输作用，均未充分考虑引入材料自身所具有的特性，因此，也未能最大程度地提升g-C₃N₄的催化活性，遏制光催化剂的应用发展；可见，对g-C₃N₄基异质结压电光催化剂的研究仍存在不足。

鉴于此，有必要将压电催化和光催化结合起来深入地对材料进行研究，引入合适的压电材料以提升g-C₃N₄的催化活性。

发明内容