[发明专利]g-C3N4/TiO2@蒙脱石光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒙脱石复合g-C₃N₄/TiO₂异质结(g-C₃N₄/TiO₂蒙脱石)光催化剂及其制备方法，属于非金属矿物材料深加工与环境工程领域。

背景技术

当今社会，环境污染是人类面临和亟需解决的重大挑战。光催化技术可以利用太阳能降解和矿化水与空气中的各种污染物，是一种理想的环境污染治理技术。TiO₂光催化材料因其无毒、稳定性好、催化能力优良，一直是国内外研究开发的热点，但在其大规模实用化过程中，仍存在以下问题：量子效率低，光生电子-空穴极易复合；带隙能高(Eg_锐钛型＝3.2eV)，仅能利用占太阳光大约4％的紫外光；比表面积小，吸附能力差；颗粒尺寸小，分离回收困难。针对上述问题，科研工作者通过贵金属沉积、金属或非金属掺杂、光敏化等方法，将TiO₂的光谱响应范围拓宽到可见光区，但仍存在催化剂活性低、制备工艺复杂、生产成本高等问题。类石墨氮化碳(g-C₃N₄)则是一种不含金属、与石墨具有类似层状结构的窄带隙(2.7eV)非金属半导体材料，具有很强的热稳定性和化学稳定性，对于可见光有较好的响应。热聚合法是目前g-C₃N₄最常用的合成方法，但由于高温下g-C₃N₄原有层状结构发生团聚，导致样品比表面积很低，对污染物捕捉能力很差，极大限制了g-C₃N₄的实际应用，此外，单体g-C₃N₄还存在光生载流子寿命短、电子-空穴复合率较高等问题。

近年来，通过半导体复合技术合成g-C₃N₄/TiO₂异质结已逐渐成为光催化领域的研究热点。由于g-C₃N₄与TiO₂相对能带位置匹配合理(g-C₃N₄：CB＝-1.12eV，VB＝1.57eV；TiO₂：CB＝-0.24eV，VB＝2.96eV)，二者可以通过导带与价带的结构耦合形成半导体异质结，g-C₃N₄受光激发产生的电子或空穴转移到TiO₂的导带或价带中，实现电子与空穴分离，从而降低二者复合率。已有诸多文献报道了g-C₃N₄/TiO₂复合催化剂的制备与应用。