[发明专利]一种金属负载g-C3N4光催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属负载g‑C₃N₄光催化剂的制备方法。通过热聚合和微波辅助醇热还原方法制备出M/g‑C₃N₄（M=Au、Ag）等离子体光催化剂，通过透射电子显微镜表明，通过微波辅助醇热还原法合成的Au纳米颗粒能够均匀地分散在g‑C₃N₄的表面，与g‑C₃N₄形成异质结构。该方法能够简便调控金属负载g‑C₃N₄光催化剂中的金属纳米颗粒尺寸以及含量。制备方法简单易行，具有潜在的推广价值。

技术领域

本发明涉及一种金属负载g-C₃N₄光催化剂的制备方法，具体涉及一种两步法制备金属纳米颗粒负载g-C₃N₄的方法。

背景技术

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为一种新型的不含金属的聚合物光催化剂得到了广泛的关注。g-C₃N₄的带隙能为2.7 eV，由于其具有原料廉价、容易批量生产、较高的稳定性和优良的吸光性能，g-C₃N₄在光解水产氢和产氧及环境污染物控制领域得到了广泛的研究和应用。然而，g-C₃N₄的可见光利用率较低，比表面积较小，光生电子-空穴复合速率较快，这在一定程度上限制了g-C₃N₄在光催化领域中的推广和应用。

通过与贵金属如银、金、铂等复合，g-C₃N₄的光催化活性能够得到极大的提升，贵金属的表面等离子体共振效应可以提高光生载流子的分离速率，同时拓宽g-C₃N₄在可见光区的吸收。由于等离子体光催化材料结合了贵金属和半导体的优势，其得到了广泛的研究。据报道，张金龙等研究人员合成了一种Au/N-TiO₂光催化剂，同时研究了该催化剂在可见光和紫外光作用下甲基橙分子(MO)的降解情况，他们认为二氧化钛晶格中氮元素的掺杂与金纳米颗粒之间的相互作用，不仅提高了催化剂对可见光的吸收范围，且减少了光生载流子的复合几率。贵金属Pt具有较高的金属功函数，为5.65 eV，而TiO₂为4.3 eV，当两者接触时电子发生转移，从费米能级高的TiO₂转移到费米能级低的Pt，直到两者能匹配。在此形成的空间电荷层中金属表面获得过量负电荷，半导体表面获得过量正电荷，导致能带向上弯曲形成Schottky势垒，能有效充当电子陷阱成为光生电子捕获中心，抑制电子空穴的复合，促进光催化剂表面光生载流子的分离，因而也广泛应用于光催化研究中。

为了进一步提升表面等离子体共振效应和肖特基势垒的协同作用，提出以g-C₃N₄为载体材料，负载金属纳米颗粒，旨在借助金属纳米颗粒在可见光区域的表面等离子体共振吸收，提升复合光催化剂的可见光吸收范围，同时利用金属纳米颗粒和C₃N₄接触时产生的肖特基势垒，俘获光生电子，抑制电子-空穴对的复合，进一步提升光催化效率。

发明内容

本发明利用通过以三聚氰胺为前驱体的热聚合和微波辅助醇热还原法，制备出可见光驱动的M/g-C₃N₄（M=Au、Ag）等离子体光催化材料，提供一种金属负载g-C₃N₄光催化剂的制备方法，其技术方案包括以下步骤：

(1) 将三聚氰胺转入到带盖的瓷坩埚中，以慢速的升温速率加温到550 ºC；

(2) 待冷却到室温，用玛瑙研钵将生成的黄色粉末磨碎备用，所得产物为块体g-C₃N₄；