[发明专利]一种钆掺杂类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法

说明书

一种钆掺杂类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法，六水合硝酸钆、三聚氰胺、乙二醇为主要原料，采用溶剂热合成的方法制备出一种钆掺杂类石墨相氮化碳光催化材料。用可见光（λ>420nm）作为光源对制备出的材料进行光催化性能的测试，通过在水中降解甲基橙、罗丹明B、亚甲基蓝等有毒有机污染物来证明该材料在可见光下具有优越的光催化性能。该复合材料属于无机光催化材料，光催化降解有机污染物的能力较强，这使得该材料不仅在环境保护和水污染控制方面具有很好的应用前景，而且在利用太阳能开发利用新能源方面拥有广阔的开发空间。该方法具有制备过程简单，反应条件易控制等优点。

技术领域

本发明涉及一种钆掺杂类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法，具体属光催化材料制备领域。

背景技术

水是生命体不可或缺的物质，是万物之源。但是自21世纪以来，由于工业化进程的不断加快和人口数量的大量增长，人类在享受现代文明的同时也饱受环境污染特别是水污染带来的困扰，对此人们一直在寻找处理水污染的办法。近年来，关于利用可再生能源来解决环境污染的问题成为了科学界的研究焦点。正是在这样的背景下，利用太阳能这种可再生的能源来解决环境污染的问题成为了研究者研究的一大热点。

纳米半导体光催化材料可以吸收太阳光的部分的能量，从而激发出电子产生光生电子和空穴的分离，然后光生电子和空穴再与水溶液中的分子或者离子结合产生具有还原性或者氧化性的活性自由基，其中具有氧化性的自由基可以将大分子有机污染物降解为二氧化碳和水或者小分子有机物,且降解效率高、能耗低,环境友好，在降解的过程中光催化剂本身不发生变化，因此纳米半导体光催化技术被誉为当今世界最理想的环境净化技术。

传统的金属氧化物半导体催化剂如TiO₂，因为其具有高化学稳定性、无毒无害、较高的光电转换效率和价格低廉的优点在过去的几年中被研究者广泛地拿来在实验室中降解各种模拟污染物。但是TiO₂是宽禁带的n型半导体材料，带隙约为3.2ev,因此它只能吸收紫外光，只能在紫外光下才能表现出较好的光催化性能。然而紫外光只占太阳光的百分之四左右，因此传统的二氧化钛纳米材料并不能充分地利用太阳光。因此在实际的太阳光下，利用二氧化钛降解有机污染物来处理废水受到了很大的限制。

类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是一种新型的非金属半导体材料，它的禁带宽度较窄约为2.7eV，能吸收波长小于475nm的光，因此其对可见光具有良好的响应。与传统的金属半导体纳米材料相比，类石墨相氮化碳纳米材料对太阳光的利用率更高。此外类石墨相氮化碳还具有热稳定性高、化学性质稳定、不含金属组分、成本低廉和来源广泛等优点，因此，近年来类石墨相氮化碳纳米材料被广泛研究和应用在了光催化降解有机污染物、光催化分解水制氢气和有机合成等领域。然而单纯的类石墨相氮化碳在光催化反应的过程中，光生电子和空穴非常容易发生复合从而导致其光催化活性的降低。因此，进一步地提高类石墨相氮化碳纳米材料的光催化活性成为了研究者们努力的方向。

掺杂改性是拓宽类石墨相氮化碳纳米材料对可见光谱响应的范围和提高光生电子和空穴分离效率的重要方法。可用于掺杂的元素包括金属元素和非金属元素，其中金属元素中的稀土元素具有丰富的能级、特殊的4f电子跃迁特性和优良的光学性能。除此之外，稀土元素不仅能够以离子掺杂或者半导体复合的形式有效提升类石墨相氮化碳光催化剂的性能，而且还可以构造出多种新型的光催化剂体系，这使得利用稀土元素掺杂改性光催化材料成为了研究者们十分关注的一种简单，高效的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种钆掺杂类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法，选用在光催化领域研究较少的稀土元素中的钆元素，利用溶剂热的方法对类石墨相氮化碳纳米材料进行掺杂改性，制备出了钆掺杂类石墨相氮化碳光催化材料。在可见光（λ>420nm）照射下，钆元素可以充当电子的捕获中心，从而减小了光生电子和空穴的复合几率，有利于提高类石墨相氮化碳的光催化活性。

一种钆掺杂类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法，制备步骤如下：