[发明专利]一种光催化复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种光催化复合材料及其制备方法与应用。所述光催化复合材料包括以下原料：石墨相氮化碳与噻吩‑2，5‑二甲醛。在所述光催化复合材料中，‑C＝N‑以及噻吩‑2，5‑二甲醛结构中的芳香环均能使得所述光催化复合材料的π电子离域性增强，有利于增强光吸收及光生电子的快速迁移；所述光催化复合材料中，载流子迁移速率明显增加，电子与空穴的复合率降低、电子空穴分离率提高，进而抑制了光生载流子的快速复合，促进了光催化产氢性能的显著提升，本发明制备的所述光催化复合材料在产氢效率是常规光催化复合材料的14‑15倍。

技术领域

本发明涉及光催化材料相关技术领域，尤其是涉及一种光催化复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

光催化技术是一种利用光催化剂在光照条件下发生催化反应的技术，是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。21世纪以来，化石能源的过度使用导致了全球的能源危机和环境危机，因此建立清洁能源体系迫在眉睫。氢气作为一种可再生清洁能源在该体系中发挥着重要作用，氢气可用于燃料电池，还能用于化工行业。现有的制氢气的方法主要是光解水制氢，光解水制氢是一种将太阳能转化为可利用能源的重要方式，也是一种储存太阳能的有效方式。由于光解水的性能受到催化剂光生电荷转移、带隙结构和稳定性的直接影响，这使得现有的方法制氢效率并不高，因此设计一种新型高效环保的光催化剂是提高制氢效率的关键。

石墨相氮化碳(Graphitic carbon nitride，g-C₃N₄)是一种二维片层结构的共轭聚合物，其性质稳定，与石墨结构相近。g-C₃N₄作为一种新型无金属聚合光催化剂，具有绿色、经济、稳定性好、光学性能和电子性能好等优点，在光催化领域受到了广泛的关注；g-C₃N₄目前可应用于光催化降解污染物领域、光解水制氢领域、光催化还原CO₂领域和选择性有机合成反应领域。g-C₃N₄作为类石墨烯材料的典型代表，带隙为2.7eV，可以吸收可见光，由于其层与层之间以范德华力相连，使得其具有较好的化学与热力学稳定性，此外g-C₃N₄还具有无毒、来源丰富、价格低廉，制备简单等特点。但是，g-C₃N₄在实际的应用中，由于纯相的g-C₃N₄本身存在很多缺点影响其光催化性能的提高，使得g-C₃N₄受限于快速电荷载流子复合、低表面积和对可见光的有限吸收，特别是g-C₃N₄具有较高的电子空穴复合率，使得其光催化效率受到严重限制。

因此，急需找到一种复合材料，以改善g-C₃N₄光催化性能，拓宽光响应范围及提高其电子空穴分离率。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：

提供一种光催化复合材料。

本发明所要解决的第二个技术问题是：

提供一种所述光催化复合材料的制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是：

所述光催化复合材料的应用。

为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种光催化复合材料，所述光催化复合材料包括以下原料：

石墨相氮化碳与噻吩-2，5-二甲醛。

在所述光催化复合材料中，所述噻吩-2，5-二甲醛嫁接于石墨相氮化碳。

根据本发明的实施方式，所述光催化复合材料，包括以下结构式中的至少一种：