[发明专利]一种中空介孔核壳结构二氧化钛包覆石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法及其应用

说明书

一种中空介孔核壳结构二氧化钛包覆石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法及其应用。本发明涉及一种中空介孔核壳结构二氧化钛包覆石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法及其应用。本发明是为了解决现有方法合成的复合光催化剂形貌不均一，且g‑C₃N₄与TiO₂界面之间相互作用力较弱的问题。方法：以SiO₂纳米球为模板，钛酸四丁酯(TBOT)在氨水条件下经过缓慢水解作用，再通过煅烧将TiO₂均匀包覆在SiO₂纳米球外部。然后在氮气氛围下将不同含量的单氰胺在SiO₂@TiO₂外部原位煅烧生长，最后，利用NH₄HF₂将SiO₂模板刻蚀。中空介孔核壳结构二氧化钛包覆石墨相氮化碳复合光催化剂用于深度净化有机污染水体。

技术领域

本发明涉及一种中空介孔核壳结构二氧化钛包覆石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

水体中有机污染物日益严重，尤其是有机偶氮染料，由于其具有毒性大、难降解、化学需氧量高等特点，严重危害着生态安全与人体健康。因此，国际社会和研究者们也在不断寻求更高效、更经济、更多清洁材料去除这些污染物。近年来，半导体光催化技术由于其效率高、绿色节能、操作简便、无二次污染等优点引起了广泛关注和青睐。由于光催化过程本身涉及了光能的储存和转化,因而目前其在能源转化、环境自清洁以及污水治理等领域得到广泛的应用。目前，二氧化钛(TiO₂)是研究和应用最多的光催化剂。由于其无毒无害、容易制备、稳定性好等诸多优点，在光催化领域跻身前列。然而，TiO₂也存在着许多缺陷：(1)禁带宽度较大，光吸收波长范围主要集中在紫外区，对太阳光的利用率较低；(2)光生电子对易复合，量子效率低；(3)比表面积小，吸附能力差。这些缺点直接或间接的导致了TiO₂的光催化效率降低。因此，研究制备更加高效、可直接利用太阳光(可见光)的光催化剂是当前及未来一段时间新能源材料领域的重要课题。

近年来石墨相氮化碳(g-C₃N₄)由于其独特的二维结构、光电性质和非定域的共轭电子效应，在可见光区有较强的吸光系数，逐渐受到研究者的关注，还因其无毒、易合成、化学性质稳定等突出优点在光催化领域备受瞩目。因此，TiO₂/g-C₃N₄复合光催化剂的报道屡见不鲜。然而，在目前的TiO₂/g-C₃N₄复合光催化剂报道中，多数是将g-C₃N₄作为载体，把TiO₂负载到其表面，这种方法合成的材料形貌不均一，而且g-C₃N₄与TiO₂界面之间相互作用力较弱。因此，开发一种合成简单、形貌可控,且具有较高光催化活性的可见光催化剂材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明是为了解决现有方法合成的复合光催化剂形貌不均一，且g-C₃N₄与TiO₂界面之间相互作用力较弱的问题，而提供了一种中空介孔核壳结构二氧化钛包覆石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法及其应用。

一种中空介孔核壳结构二氧化钛包覆石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法具体是按以下步骤进行的：