[发明专利]一种氮化碳/钛酸锌/氧化钛三明治状直接Z型异质结复合光催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化碳/钛酸锌/氧化钛三明治状直接Z型异质结复合光催化剂的制备方法。以尿素、硝酸锌、四氯化钛为原料，采用共沉淀结合水热法制备氮化碳/钛酸锌/氧化钛复合光催化剂，并在可见光照射下利用该光催化剂降解亚甲基蓝、罗丹明B等有机染料。本发明专利技术制备的氮化碳/钛酸锌/氧化钛复合光催化剂形成了三明治状的直接Z型异质结结构，其在可见光下催化降解亚甲基蓝、罗丹明B的降解率是体相g‑C₃N₄的15‑20倍。本发明具有显著的对设备要求低、能耗少、成本低、污染小、光催化性能优异的特点。

技术领域

本发明属于可见光光催化降解水溶液中有机染料污染物领域，具体涉及一种氮化碳/钛酸锌/氧化钛三明治状直接Z型异质结复合光催化剂的制备方法。

背景技术

伴随着经济的高速发展所带来的能源匮乏和环境污染等问题是无法回避的。如今水污染问题愈发严重，有机染料对水体的污染占很大比例，传统的污水处理方法效率低且易再次污染。近年来发展迅猛的光催化技术具有低能耗、反应条件温和、操作方便、无二次污染、维护简单且运行费用低等优点。TiO₂作为一种常用的光催化剂也存在很多的问题。例如单一的TiO₂催化时不能有效利用可见光，量子效率偏低等。国内外的学者进行了大量的研究来提高TiO₂的光催化效率和对可见光的利用率。因此，研究出一种光响应范围广、量子效率高的光催化剂已成为光催化领域研究中的一个热门方向。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)光催化剂其价带和导带位置较高，其导带电子具有强的还原能力，而价带空穴具有弱的氧化能力；如果将TiO₂基氧化物与g-C₃N₄复合构成直接Z型光催化材料，在减少氧化物和g-C₃N₄中自身的光生电子和空穴复合的同时，所构建的g-C₃N₄/氧化物直接Z型光催化材料具有较大的氧化还原能力，使得所设计的复合光催化材料具有高的光催化活性。基于此，研究者们对g-C₃N₄基复合光催化材料的制备及应用等方面开展了广泛的研究，这些与g-C₃N₄复合的半导体材料包括TiO₂，SrTiO₃，La₂Ti₂O₇等，研究发现经过复合和改性后其均比单一的氧化物或g-C₃N₄具有更高的光催化活性。

有少量有关ZnTiO₃及ZnTiO₃-TiO₂用于光催化的研究报道，研究发现它们主要对紫外光具有较好的光响应特性。而到目前为止，还没有有关g-C₃N₄与ZnTiO₃-TiO₂复合构建光催化剂的研究及公开报道，因此，我们设计了一种pg-C₃N₄/ZnTiO₃/TiO₂复合光催化剂，其具有三明治状直接Z型异质结结构，从而显著提高了其可见光光催化降解有机染料的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化碳/钛酸锌/氧化钛三明治状直接Z型异质结复合光催化剂的制备方法，所制备的复合光催化剂用于光催化降解有机染料污水，不仅能大幅度增强对可见光的响应，而且能显著提高对有机染料的降解率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种氮化碳/钛酸锌/氧化钛三明治状直接Z型异质结复合光催化剂的制备方法，其特征在于：

（1）先将尿素水溶液进行二次煅烧获得多孔石墨相氮化碳(pg-C₃N₄)；