[发明专利]一种新型光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种新型光催化材料及其制备方法和应用。该材料是四方相ZrO₂纳米颗粒改性的g‑C₃N₄有机光催化剂，是以三聚氰胺和硝酸锆为原料在空气中一步煅烧法制备合成。该催化剂表面附着的四方相ZrO₂纳米颗粒明显改变了其电子结构及光催化活性，使得附着四方相ZrO₂纳米颗粒后的层状g‑C₃N₄材料在可见光照射下对降解罗丹明B和分解水的光催化活性大幅增强。相比纯相g‑C₃N₄光催化剂，本发明的催化剂的可见光降解罗丹明B的效率提高了1.5～14.4倍，可见光分解水的效率提高了1.14～2.53倍。相比零催化效率的四方相ZrO₂，本催化剂的性能提高显著。此外，本发明方法条件温和，操作简单，利于大规模生产。

技术领域

本发明属于催化剂材料技术领域，涉及到一种新型光催化材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种四方相ZrO₂纳米颗粒改性的层状g-C₃N₄光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

光催化剂是一种自身能够吸收太阳光，并且在光子的激发作用下能够起到催化作用的材料。到目前为止，各类催化剂由于其自身的优异特点被广泛的应用到处理大气污染物，污水以及光催化分解水制氢，储能等方面。随着近些年来，全球工领域的发展以及日常生活中矿石燃料的大量使用，大气和水体污染日趋严重，能源问题也越发紧张，这势必会影响到人类社会的可持续发展。为了解决环境污染以及能源危机问题人们开发了许多的相关技术，而结合光催化剂的特性利用清洁的，充足的太阳能来降解大气和水中的污染以及分解水制氢，储能等来解决环境污染问题和能源危机问题是十足有效的方法之一。

g-C₃N₄催化剂是一种理想的催化材料，它由C、N两种地球上极其丰富的元素组成，十分廉价，禁带宽度为2.70eV，相比于传统的过渡金属氧化物(如TiO₂的禁带宽度为3.20eV,ZnO₂的禁带宽度为3.40eV)，硫化物等，它表现出了更高的光吸收能力，特别是太阳光的可见光部分，同时它具有很高的光化学稳定性以及优良的光电子性能。此外，它具有较多的活性位点和较大的比表面积。g-C₃N₄催化剂在没有改性的情况下便能利用太阳能对一些有机物污染物进行催化降解，这表明它对处理环境污染问题有广阔的利用前景。但是，在对于一些实际问题的处理时，它的催化性能还远不能达到实际生产的需求。所以，制备一种以g-C₃N₄为基底的，制备方法简单，催化性能高效，价格低廉的光催化将会用长远的市场应用前景。利用一步煅烧法制备得到四方相ZrO₂纳米颗粒调控的层状g-C₃N₄光催化剂材料以及在光催化降解有机物和分解水制氢方面至今还未有相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型光催化材料及其制备方法和应用，尤其是一种四方相ZrO₂纳米颗粒改性的层状g-C₃N₄光催化剂及其制备和应用。所述的光催化剂材料的制备方法简单易行，所呈现的四方相ZrO₂纳米颗粒调控的层状g-C₃N₄光催化剂材料能够增加光催化的活性位，提升光生载流子的分离率、减少复合，具有较高的光催化活性。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：