[发明专利]一种硫化镉/氧化铈/多孔石墨相氮化碳复合光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种硫化镉/氧化铈/多孔石墨相氮化碳复合光催化材料及其制备方法和应用，涉及复合半导体光催化材料技术领域，采用水热法、高温热解法等方法制备零维硫化镉、一维氧化铈、三维多孔石墨相氮化碳的复合材料硫化镉/氧化铈/多孔石墨相氮化碳，制备步骤简单，成本低廉，且复合材料具有良好的可见光响应性能，复合材料形成的异质结有利于光生电荷的产生、分离和传输。石墨相氮化碳的三维多孔结构兼有一定的吸附性能，吸附/光催化的协同作用可以高效去除环境污染物如苯酚、罗丹明B等。

技术领域

本发明属于复合半导体光催化材料技术领域，具体涉及一种零维/一维/三维异质结硫化镉/氧化铈/多孔石墨相氮化碳复合光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

光催化技术作为一种新兴技术，以清洁廉价的太阳光为反应的能量来源，具有绿色环保的显著特点，同时兼有处理深度和广度的双重优势，一方面可以实现污染物的彻底矿化，其处理深度远高于吸附、膜分离等其他处理技术；另一方面还可以将各种有机物、某些无机物、重金属离子、微生物、细菌等进行无害化处理，应用范围广。近年来，光催化技术在降解有机物、光解水产氢产氧、二氧化碳还原及有机反应等领域得到广泛应用。

光催化技术的核心在于高效稳定光催化材料的设计和开发。在众多具有优异性能的光催化剂中，氧化铈作为一种具有合适带隙的稀土氧化物，在光催化、传感器、超级电容器和电池等领域有着广泛的应用。然而，单一氧化铈禁带宽度较大，仅对紫外光有部分响应，且光生电子和空穴易复合，严重阻碍了其在光催化领域的进一步应用。

石墨相氮化碳作为一种非金属有机化合物，具有一定的可见光催化活性，良好的化学稳定性，且材料易得，成本低廉，在光解水制氢、光催化降解有机物以及光催化反应等领域表现出优异的性能，成为光催化领域的一大研究热点。虽然石墨相氮化碳作为催化剂备受关注，但由于其呈块状堆叠，不能提供较多的反应位点，且光生电子-空穴对的复合率较高，量子产率和导电率较低，限制了其在各领域的广泛应用。针对石墨相氮化碳的改性，可通过维度调控和构筑异质结实现比表面积的增大和内建电场的形成，从而改善石墨相氮化碳的可见光响应能力，增加光催化反应的活性位点，从而提高石墨相氮化碳的光催化活性。

中国专利CN202010430925.5公开了一种原位合成氧化铈/石墨相氮化碳复合光催化材料的方法，中国专利CN201910090165.5公开了一种二氧化铈/石墨相氮化碳复合材料及其应用，这些专利均未对氧化铈和石墨相氮化碳的形貌进行调控。中国专利CN201910865818.2则公开了一种二氧化铈纳米球-氮化碳复合可见光催化剂的制备方法，该材料对磺胺甲恶唑抗生素具有良好的降解性能。

中科院上海硅酸盐研究所的施剑林院士团队设计并制备了介孔CeO₂/g-C₃N₄复合材料(10.1016/j.nanoen.2015.11.010)，该复合材料对太阳光有显著增强的响应性能，促进了载流子的分离和转移效率。对CO₂具有较高的光还原性能。

云南大学郭洪教授团队(10.1016/j.apcatb.2018.11.010)制备了氧空位空心异质结g-C₃N₄@CeO₂，空心结构和氧空位的协同作用促使光催化剂具有较高的CO₂还原性能。

迄今为止，尚未见以具有零维/一维/三维结构的硫化镉纳米粒子/氧化铈纳米棒/多孔石墨相氮化碳复合光催化材料及制备方法的任何报道。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容