[发明专利]一种g‑C3N4/{001}TiO2复合可见光催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于环境功能材料技术领域，具体涉及一种g-C₃N₄/{001}TiO₂复合可见光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

光催化去除有机和无机污染物是一种很有前景的新的环境修复技术。纳米TiO₂由于其廉价易得、性能稳定、氧化还原能力强等优点，至今仍然是最好的光催化剂之一。诸多理论和实验研究表明，在一般情况下，热力学不稳定的锐钛矿{001}TiO₂较常规{101}TiO₂光催化活性更高。但是其较窄的光谱响应范围和较高的载流子复合概率大大限制了其应用。目前较多使用掺杂的方法对{001}TiO₂进行改性。但是因为{001}TiO₂的结晶度高，用温和的后处理方法较难使掺杂原子进入晶格，而若在{001}TiO₂成晶的过程中加入掺杂剂又不可避免的对TiO₂{001}面的生成产生不良影响，甚至导致无法得到{001}TiO₂。本发明选择原料廉价易得的g-C₃N₄与{001}TiO₂进行半导体复合，以期拓宽{001}TiO₂的光谱响应范围，提高其量子效率，从而提高其光催化去除污染物的性能。

目前g-C₃N₄只能通过煅烧的方式获得，故一般与其它物质复合时，都是先将g-C₃N₄制备好，再与其它半导体进行复合。但是{001}TiO₂也有其自身的特殊性，由于在{001}TiO₂成晶过程加入其它物质可能导致其{001}面无法形成，故一般与其它半导体复合时，也是先将{001}TiO₂制备好。故若遵循一般制备方式，则只能将g-C₃N₄和{001}TiO₂都制备好然后通过后处理的方式使二者结合，但这种方式制备的g-C₃N₄/{001}TiO₂复合光催化剂中两相的结合必然不会如原位制备那般紧密，这不利于界面电荷的转移效率和催化活性的大幅度提高。另外，{001}TiO₂表面由于制备而残留的F^-离子一般不利于光催化反应的进行，需要去除，但是额外的去除F^-离子流程必然会增加成本和能耗。本发明将g-C₃N₄的前驱物与{001}TiO₂直接混合，通过简单的热处理使g-C₃N₄原位生长于{001}TiO₂表面，得到两相结合紧密的复合催化剂，并且将去除{001}TiO₂表面F^-离子过程和g-C₃N₄生成过程结合为一个过程，不仅降低了成本与能耗而且还有利于{001}TiO₂高活性{001}面的保留。

发明内容

本发明的目的在于提供一种g-C₃N₄/{001}TiO₂复合可见光催化剂及其制备方法与应用。本发明采用原位制备技术，通过直接煅烧{001}TiO₂和不同的g-C₃N₄前驱体来制备g-C₃N₄/{001}TiO₂复合可见光催化剂。所制得的复合光催化剂具有高效的可见光催化活性和良好的稳定性。

本发明目的通过以下技术方案来实现：