[发明专利]g-C3N4@TiO2空心球复合光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明属于纳米复合材料的制备及其环境治理领域的应用，具体公开了一种g‑C₃N₄@TiO₂纳米空心球复合光催化剂的制备方法。该方法采用超声浸渍法制得g‑C₃N₄@TiO₂纳米空心球复合光催化剂。本发明制备的g‑C₃N₄@TiO₂空心球复合光催化剂可应用于可见光下催化降解罗丹明B和阳离子染料。本发明具有以下有点：所用原料均无污染，制备方法简单，反应条件温和，制备过程中无任何污染物生成，制备周期短，能耗少，成本低，并可实现规模化制备。所得的g‑C₃N₄@TiO₂纳米空心球复合光催化剂，可提高光催化剂的可见光响应和捕获更多的可见光，提高电子和空穴分离效率，促进了光电子的传输，显著提高了催化剂的可见光催化活性。

技术领域

本发明属于纳米复合材料的制备及其环境治理领域的应用，特指g-C₃N₄@TiO₂纳米空心球复合光催化剂的制备方法。

背景技术

光催化氧化技术是一种目前研究较多的高级氧化技术，在能源和环境领域有着重要的应用前景。常见的光催化剂多为金属氧化物和硫化物，如TiO₂，ZnO等，其中TiO₂具有良好的抗光腐蚀性和催化活性，而且性能稳定，价廉易得，无毒无害，是目前公认的最佳光催化剂。

g-C₃N₄具有很好的可见光响应，它的带隙为2.73 eV。但其紫外光响应不如TiO₂，而且电子-空穴的复合率较高。由于g-C₃N₄为聚合物材料，具有很高的激子结合能和较低结晶度，不利于光生电子-空穴对的快速迁移和高效分离，从而导致其光催化过程量子效率偏低，不利于g-C₃N₄光催化剂的推广应用。

由于TiO₂的带隙较宽，锐钛矿型约为3.2 eV，对太阳能的利用率很低。而且TiO₂的电子-光生空穴对的复合率较高，量子效率低，不利于TiO₂半导体光催化剂在可见光催化降解中的实际应用。而两种半导体的复合对二氧化钛进行形貌设计是提高二氧化钛光催化活性的有效方法，一方面将g-C₃N₄与TiO₂材料进行复合，形成异质结构，可以有效促进激子的解离，加速光生电子和空穴的快速分离，从而抑制光生载流子的复合，提高其光催化效率，另一方面对二氧化钛进行形貌设计，制备TiO₂空心球，可以提高二氧化钛的比表面积，并拓宽其吸光范围，增加可见光吸收率。故而本发明提出一种制备新型g-C₃N₄@TiO₂空心球复合光催化剂的方法，并研究其可见光降解效率。充分利用g-C₃N₄的可见光响应和空心球TiO₂的较比表面大，折光率、优异的表面化学性质等优点来提高复合物的光催化降解效率。经过查证，已有团队将g-C₃N₄和TiO₂进行复合[傅遍红，郭淑慧，g-C₃N₄ /TiO₂复合纳米材料的制备及其光催化性能分析，功能材料，2014，12(45):12138-12144], [董海军,陈爱平，溶剂热法制备Ti0₂/g-C₃N₄及其光催化性能，华东理工大学学报(自然科学版)，39(5)：536-541 ]，然而并没有关于TiO₂空心球与g-C₃N₄的复合物的报道,故g-C₃N₄@TiO₂纳米空心球复合物是一种新型的光催化剂。