[发明专利]一种碳点/氮化碳/二氧化钛复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳点/氮化碳/二氧化钛复合材料，该材料由三相碳点、类石墨烯氮化碳和二氧化钛复合而成；其中，氮化碳拥有较大的表面积，正好可以为二氧化钛纳米片提供可沉积的空间，使二氧化钛不发生团聚，同时，氮化碳较窄的禁带宽度又可以增加光响应范围，并且，本发明还利用碳点独特的电子转移能力来进一步抑制光生电子对的复合，从而增加光催化性能。另外，本发明的制备方法工艺条件温和、成本低廉，适合大规模生产，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体光催化材料技术领域，具体地说，涉及一种可增强光催化产氢活性的层状结构碳点/氮化碳/二氧化钛复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着国家高速发展留下的环境与能源问题，新能源的发展成为了我们日益关注的问题。其中，太阳能和氢能是非常具有潜力的两大新能源。氢能是一种燃烧热值高(燃烧同等质量的氢产生的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍)，燃烧产物(水)无污染的绿色能源；而太阳能更是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源。如果能高效、经济地利用太阳能制备氢能，就能永久性的解决环境与能源问题。光催化剂作为太阳能向氢能转化的纽带，它的发展受到了研究者们的广泛关注。

二氧化钛(TiO₂)因良好的化学惰性和光学性质，以及其对环境无毒无污染等优点，一直是光催化领域研究的热点，在光催化降解污染物和光催化分解水产氢等方面都有广阔的应用前景。但在实际应用中，TiO₂不可避免的暴露出许多问题。例如：可吸收光的波长范围很窄(紫外光)；TiO₂纳米颗粒易团聚等等。氮化碳(g-C₃N₄)，作为非金属光催化剂的代表材料，适中的禁带宽度(2.7eV)使其可以在可见光下被激发，但其较快的光生电子空穴对复合的速率，制约了氮化碳在光催化领域的应用。碳点(C-dots)因其独特的电子转移的特性而备受关注，但其独自作为光催化剂时，效果并不明显。在本发明中，我们首次提出了制备C-dots/g-C₃N₄/TiO₂三相复合材料的方法及其在光催化分解水产氢中的应用。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，目的之一是提供一种C-dots/g-C₃N₄/TiO₂三相复合材料。此复合材料从三个方面提高光催化产氢活性。首先，TiO₂纳米片沉积在氮化碳上面，与氮化碳接触方式为面与面，这种接触方式大大的提高了二者的接触面积，增强了二者接触界面的界面作用；其次，二氧化钛与氮化碳因二者交错的能带位置，可以在体系中形成异质结，促进光生电子在体系中的迁移；最后由于碳点的结构特性，碳点可以保持激发态很长时间，这种特性再次为光生电子在体系中转移提供了便利。

本发明的另一个目的是在于提供了一种C-dots/g-C₃N₄/TiO₂三相复合材料的制备方法，该制备方法仅需要常温搅拌，成本低廉，工艺简单，操作方面等优点。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种碳点/氮化碳/二氧化钛(C-dots/g-C₃N₄/TiO₂)复合材料，由碳点、氮化碳和二氧化钛复合而成，其中，所述二氧化钛沉积在氮化碳上，并与氮化钛形成异质结结构，所述碳点位于二氧化钛和氮化碳两相的结合相面上。

其中，所述复合材料中碳点、氮化碳和二氧化钛的质量比为(0.01-0.1):(1-2):(2-1)。

另外，本发明还提供了所述复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：