[发明专利]一种二维锐钛矿TiO2

说明书

本发明公开了一种二维锐钛矿TiO₂/g‑C₃N₄复合材料，该材料为二维层片结构，通过g‑C₃N₄与TiO₂前驱体通过表面活性剂复合而成；所述复合材料的厚度为2‑20nm，横向尺寸为100nm‑2μm，比表面积为88～110m²·g^‑1。本发明通过疏水亲水作用组装成“乙二醇修饰的Ti‑O水合物‑表面活性剂‑g‑C₃N₄”夹心结构，通过空气煅烧弥补TiO₂(B)中的氧缺陷，最终得到的二维锐钛矿TiO₂/g‑C₃N₄复合材料实现了两种超薄纳米片的紧密、均一的复合，形成大面积异质界面，提高了电子的传输速率，抑制光生电子空穴复合；具有很高的光催化产氢性能和光催化降解有机物的活性。

技术领域

本发明涉及二维半导体复合材料和光催化技术领域。更具体地，涉及一种二维锐钛矿TiO₂/g-C₃N₄复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

能源短缺和环境问题是困扰人类可持续发展的两大难题，半导体光催化分解水产氢与光催化降解有机污染物，将太阳能转换成化学能，具有低能耗、易操作、环境友好等突出优点，为解决环境和能源问题提供了一条有效的途径。TiO₂由于成本低、氧化能力强、化学性质稳定、无二次污染等优点而备受重视，是目前应用最广泛的纳米光催化材料之一，也是具有良好开发前景的绿色环保光催化材料。g-C₃N₄作为一种新型的非金属半导体材料，具有良好的可见光响应性，化学稳定性和热稳定性，在光催化水解产氢过程中发挥着优异的性能。

目前，二维层片TiO₂具有比表面积大，活性位点多，氧化还原电位高的优点，被广泛应用于电子、传感、锂电等领域。但应用于光催化领域，因量子限域效应引起的禁带宽度变大，光吸收降低等因素，不能发挥出良好的光催化性能；且目前的技术所报道的二维TiO₂纳米片基本上属于Bronze相(B 相)，在光催化性能方面远远不及锐钛矿相TiO₂。

因此，本发明提出了一种二维锐钛矿TiO₂/g-C₃N₄复合材料，这种半导体材料厚度小，横向尺寸大，比表面积较高，光吸收范围较宽，具有高效的光催化产氢以及光降解有机物性能。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种二维锐钛矿TiO₂/g-C₃N₄复合材料。本发明提出的二维超薄的锐钛矿纳米片，将TiO₂超薄纳米片与g-C₃N₄复合，两者可形成固-固异质结。在可见光的照射下，光生电子能通过异质结转移到TiO₂的导带，促进电子-空穴的分离，产生大量可分解水产氢以及氧化有机物的活性物种，如·OH和·O₂^2-,可大大提高光催化效率；另外，与g-C3N4复合后，进一步扩展了光吸收的范围，弥补禁带宽度变大的不足。

本发明的另一个目的在于提供一种二维锐钛矿TiO₂/g-C₃N₄复合材料的制备方法。本发明通过非质子化g-C₃N₄或高度分散的质子化g-C₃N₄纳米片，与含表面活性剂及乙二醇的TiO₂前驱体溶液形成夹心结构，再经过水热，空气煅烧的方法，研制出了一种新型的暴露高能{010}面的二维锐钛矿TiO₂纳米片复合超薄g-C₃N₄的方法。