[发明专利]石墨相氮化碳/空位氧化铋纳米片复合材料、制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨相氮化碳/空位氧化铋纳米片复合材料、制备方法和应用。所述方法先分别制备g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;纳米片和BiOsubgt;2‑x/subgt;纳米片，再将g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;纳米片和BiOsubgt;2‑x/subgt;纳米片加入到甲醇中，超声搅拌制得g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;/BiOsubgt;2‑x/subgt;纳米复合材料。本发明制备的g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;/BiOsubgt;2‑x/subgt;纳米片复合材料同时具有光响应和热响应，展示出良好的光热杀菌性能，可充分利用可见光和近红外光。

技术领域

本发明属于杀菌材料领域，涉及一种石墨相氮化碳纳米片/空位氧化铋纳米片复合材料(g-C₃N₄/BiO_2-x)及其制备方法，以及其在光热杀菌中的应用。

背景技术

半导体辅助光催化杀菌是一种利用太阳能对微生物进行消杀，同时还不会产生不良的副产物的新型杀菌方法。然而，现有的大多数光催化剂只能利用紫外光和可见光，这两种光分别占太阳光谱的4％和46％，不能利用构成太阳光谱最大部分的近红外(NIR)光。因此，能够高效地利用近红外光的光催化剂具有广泛的应用前景。

空位氧化铋(BiO_2-x)纳米薄片具有制备工艺简单、二维层状结构和混合价态(Bi³⁺、Bi⁵⁺)等特性。同时，BiO_2-x纳米薄片的带隙相对较窄(一般小于2eV)，可以在UV-Visible-NIR范围内表现出令人满意的光吸收。更重要的是，BiO_2-x纳米薄片占据了大量的氧空位，这些氧空位可以作为活性中心并捕获电子，从而加强光催化过程中的关键步骤。这些特性使BiO_2-x纳米薄片在制氢、降解有机污染物和活化O₂等方面均受到广泛关注。然而，BiO_2-x纳米薄片的光催化活性仍然受制于光激发电荷转移的高度复合。对于这个问题，构建异质结被认为是一种有效的修饰策略。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)纳米薄片在光催化杀菌方面受到了广泛的关注。He等通过浓硫酸一步液相剥离方法，构建了氧化的Sb/g-C₃N₄纳米片异质结，提高了其在可见光照射下对大肠杆菌K-12(E.coli K-12)的光催化消毒活性(Journal of Colloid andInterface Science,2022,606:1284-1298)。其特殊的二维层状结构使负载型催化剂和底物催化剂之间存在高接触区，促进了电子从层到表面活性中心的转移。最近的研究证明，Bi₂O₃与g-C₃N₄纳米薄片的4种组合，分别使用一步煅烧法(SeparationPurificationTechnology,2018,203:301-309)、煅烧-光还原法(SeparationPurificationTechnology,2018,193:232-241)和原位沉积法(Chemical Engineering Journal,2019,392:123686)和超声混合法(Ceramics International,2020,46:24873-24881)，均表现出了较强的载流子分离效率，这为构建g-C₃N₄/BiO_2-x异质结提供了积极的思路和指导方向。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种g-C₃N₄/BiO_2-x纳米片复合材料的制备方法，具体步骤如下：