[发明专利]一种g‑C3N4/ZnGa2O4异质结可见光催化剂的原位合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及的g-C₃N₄/ZnGa₂O₄可见光催化剂的合成及性能调控，属于光催化降解有机污染物技术领域。

背景技术

随着工业化进程的加快，环境污染和能源危机已成为威胁人类社会生存和发展的两大问题。自1972年日本Fujishima和Hoda发现二氧化钛（TiO₂）单晶光催化电解水以来，半导体多相光催化技术在降解环境污染物和裂解水产生氢能源两方面的应用得到了广泛的关注。目前研究较多的传统半导体光催化材料大多是宽禁带半导体，仅能利用占太阳能极少部分的紫外光（<4%），而对占太阳能超过40%的可见光没有响应能力，这在大大降低太阳能利用率的同时也限制了光催化技术的广泛应用。此外，即便是研究最为广泛的TiO₂，其高的光生电子-空穴对复合几率，使得其量子效率不足4%，远远无法满足实际应用的要求。因此，开发制备高量子效率的可见光光催化材料具有重要的意义。

ZnGa₂O₄是p区尖晶石型复合氧化物中重要的一员，它具有d¹⁰闭壳层电子结构，导带底主要来自于金属的s电子态的贡献，这使得它的能带结构具有较大的色散性，电子迁移率高。因此，近年来，ZnGa₂O₄尖晶石催化剂在光催化降解苯和全裂解水等方面已表现出良好的应用前景。但是，ZnGa₂O₄的带隙宽达4.2 eV，对可见光没有响应能力，这就限制了该种材料在光催化领域的实际应用。

为了改善ZnGa₂O₄的这一缺点，可以将其与具有类石墨烯结构的氮化碳（g-C₃N₄）复合构筑异质结，利用带隙较窄的g-C₃N₄（带隙约2.7 eV）吸收可见光，产生光生电子和空穴；利用ZnGa₂O₄良好的电子迁移能力，将产生的光生电子迁移走，实现光生电子和空穴在空间上的分离，降低光生电子和空穴的复合率，提高材料的光催化活性。

目前将宽禁带半导体与g-C₃N₄基体复合多采用“单体复合法”，即分别制备出两种单体材料，再进行复合。这种制备方法存在主要问题是，制备得到的复合异质结材料，结合不够均匀紧密，对光催化起主要作用的有效异质结界面含量低。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种g-C₃N₄/ZnGa₂O₄异质结可见光催化剂的原位合成方法，该方法将具有介孔结构的ZnGa₂O₄浸入双氰胺溶液中，待干燥后，高温煅烧即可得到目标产物g-C₃N₄/ZnGa₂O₄异质结。通过调节双氰胺溶液的浓度，可实现对g-C₃N₄/ZnGa₂O₄异质结配比的调控，从而优化该异质结的可见光催化活性。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种g-C₃N₄/ZnGa₂O₄异质结可见光催化剂的原位合成方法，包括以下反应步骤：将准确称量的ZnGa₂O₄浸入体积浓度均一定的双氰胺溶液中，待干燥后，高温煅烧。

优选的，所述ZnGa₂O₄具有介孔结构。

优选的，所述ZnGa₂O₄的质量为20-30mg。

优选的，所述双氰胺的浓度为4-8g/L，体积为10mL。

优选的，所述反应的煅烧温度为430-480℃，反应时间为2-3小时。

本发明的有益效果有：

1、催化剂制备采用原位合成的方法，该法操作简单，重复率高；

2、制备得到的催化剂有效界面结合紧密，可促进光生电子-空穴对的有效分离，利于催化剂的可见光催化活性的提高；