[发明专利]一种g-C3N4/CaIn2S4可见光复合光催化剂的制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料的制备技术领域，具体涉及一种可见光响应的g‐C₃N₄/CaIn₂S₄复合光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着人类社会的快速发展，人类对能源的需求越来越大，而传统能源如煤炭，石油等是不可再生能源，储存量也越来越少了。并且由煤炭，石油这些不可再生能源引起的环境问题也日益突出，其产生的含硫氧化物，氮氧化合物对人类赖以生存环境造成了巨大破环。为了人类社会的可持续发展，必须开发利用能满足人类生活并不污染环境的可再生能源。

可再生能源包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等。其中太阳能的来源丰富且能量巨大，每年太阳辐射到地球上的能量远远大于人类一年消耗的总能量，太阳能清洁环保，并且不会受到地理位置的影响，若能充分利用太阳能，人类的环保问题和能源问题便能得到解决。

现在最常见的是，将太阳能转换成热能。1967年，藤岛昭教授用紫外光照射放入水中的氧化钛单晶，结果发现水被分解成了氢气和氧气(Honda‐Fujishima Effect)，此后，为了能更广泛的利用太阳能，大家都致力于研究光催化剂，光催化剂能够有效吸收太阳能，可以通过光催化剂，利用太阳能分解水从而制备得氢气。而且光催化剂还能够运用于分解污水中的有机污染物。利用光催化技术，不仅可以将有机物完全降解为无机盐，还原性的光生电子还可以还原消除水体中的重金属离子。在生活废水中，氯代物、表面活性剂和油类等是主要的污染物。虽然利用光催化作用并不能将其完全氧化，但是光催化反应可以打碎苯环和长链烷烃，从而可以减少其在微生物处理中对细菌的毒害作用。目前，已有利用光催化和微生物处理技术联合处理生活废水的报道。因此，研究光催化剂有非常重要的意义。

虽然光催化研究已经获得一定的成果,但在实际应用中还面临许多难题：(1)光生电子‐空穴对极易复合，光催化效率整体偏低；(2)大部分光触媒材料带隙较宽，无法有效吸收可见光部分，降低了光能的利用率。因此，需要对光催化剂进行改性，从而改善其催化性能。

CaIn₂S₄是属于AB₂X₄家族的三元金属硫化物半导体，具有此结构的半导体材料因带隙较窄，从而在光催化领域被广泛研究。例如ZnIn₂S₄和CdIn₂S₄已经得到广泛研究和关注。CaIn₂S₄的光学带隙为1.76eV，在可见光区域内显著地表现出对光的吸收能力。本文通过与g‐C₃N₄的复合对CaIn₂S₄进行控制合成，进一步提高CaIn₂S₄的催化活性。不同半导体有着不同的价带和导带，如果两种半导体的能带电位匹配，复合能加速光生电子‐空穴对的分离，增加光催化效率。近几年学者先后报道了氧化物复合半导体和硫化物复合半导体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定性好、宽可见光响应范围、高光催化活性的g‐C₃N₄/CaIn₂S₄可见光复合光催化剂及其制备方法和在降解有机染料废水中应用。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种g‐C₃N₄/CaIn₂S₄可见光复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将g‐C₃N₄粉末溶解于去离子水中，超声分散均匀，超声时间为15‐20min；再加入硝酸钙和硝酸铟，搅拌均匀；控制硝酸钙和硝酸铟的摩尔比为0.5‐0.8:1；控制g‐C₃N₄粉末和硝酸钙的摩尔比为0.04‐0.4：1；

(2)将步骤(1)中得到的溶液搅拌均匀，加入过量的硫代乙酰胺，再搅拌25‐40min，转速为400～600r/min；

(3)将步骤(2)制得的悬浮液转移至高压釜中进行水热反应，反应结束后，自然冷却至室温；控制水热反应温度为120‐160℃，水热反应时间为16‐24h；