[发明专利]一种3D结构g-C3

说明书

本发明公开了一种3D结构g‑C₃N₄@TiO₂@Fe光催化剂及其制备方法，以含有吡咯氮结构的g‑C₃N₄纳米片为主体，以纳米二氧化钛和金属铁为客体；金属铁以高分散态锚固在g‑C₃N₄纳米片的表面；纳米二氧化钛位于g‑C₃N₄纳米片的层间，与g‑C₃N₄纳米片共同组成3D结构。本发明将黄嘌呤，含氮化合物与三聚氰酸以及二氧化钛前驱体混合并分子自组装，形成3D石墨相氮化碳@二氧化钛前驱体，再将含铁化合物与3D石墨相氮化碳@二氧化钛前驱体混合，经高温煅烧得到g‑C₃N₄@TiO₂@Fe光催化剂。该制备方法过程简单，反应条件简单易行，制备材料具有比表面积高、孔道丰富、催化活性位开放、可循环利用的特点。

技术领域

本发明属于一种光催化剂，尤其涉及一种3D结构的g-C₃N₄@TiO₂@Fe光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着对石墨相氮化碳(g-C₃N₄)材料研究的深入，研究人员发现g-C₃N₄具有稳定的结构和独特的光电性质。构成g-C₃N₄的基本结构单元可以为三嗪或三均三嗪环。理论计算结果表明，以三均三嗪(C₆N₇)为基本构成单元的g-C₃N₄结构最为稳定。因此，三均三嗪(C₆N₇)通常被认为是g-C₃N₄的构成基础。基本组成单元和结构的确定进一步推动了g-C₃N₄材料的发展。光催化分解反应发生在光催化剂和水的界面处，因此光催化剂的尺寸、纳米结构、孔结构和表面性质等将会对光催化反应活性有很大的影响。纳米结构设计能够增加g-C₃N₄的比表面积，在光催化反应过程中暴露更多的有效面积和活性位点的同时也能提高材料的光捕获能力，进而提升g-C₃N₄材料光催化性能和效率。

单原子催化剂是近年来发展起来的一种新兴催化材料。在单原子催化剂中，金属活性中心以原子级分散在载体上，具有最小的尺寸，每一个点位都是一个活性位点。因此此类催化材料具有极高的金属活性位利用率和意想不到的高催化活性。将单原子催化技术应用到工业化生产中，替代原有传统的催化剂，使催化反应效率更高，反应条件更加温和是现阶段学术界和化学工业界关注的重点。

结合上述g-C₃N₄材料的特点，目前己经报道的g-C₃N₄纳米结构包括量子点、一维纳米纤维/纳米线/纳米带、二维超薄纳米片/多孔纳米片和三维纳米花/空心纳米球等；将g-C₃N₄与能带结构相匹配的半导体材料如TiO₂复合，抑制其电子空穴复合，也是提高催化性能的重要方法；但是将g-C₃N₄材料与单原子催化剂进行复合得到的光催化剂暂未见报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种使单原子催化剂可锚固于g-C₃N₄材料表面以提高催化活性的g-C₃N₄@TiO₂@Fe光催化剂；本发明的第二目的在于提供上述g-C₃N₄@TiO₂@Fe光催化剂的制备方法。