[发明专利]一种藻酸盐基复合氮化碳光催化气凝胶材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种藻酸盐基复合g‑C₃N₄光催化气凝胶材料及其制备方法与应用，其是将体相g‑C₃N₄粉末剥离制得二维纳米片状g‑C₃N₄，然后将其超声均匀分散于水中，制得悬浊液，再加入可溶性海藻酸盐，经剧烈搅拌后所得混合溶液倒入模具中进行冷冻干燥；将冻干后的块体材料放入固化剂溶液中固化后进一步经冷冻干燥，得到所述藻酸盐基复合g‑C₃N₄光催化气凝胶材料。本发明所制备的藻酸盐基复合g‑C₃N₄光催化气凝胶材料强度佳、密度低、比表面积大、稳定性好，且其在可见光区具有高效光催化活性，可用于光解水制氢。

技术领域

本发明属于高性能光催化复合材料领域，具体涉及一种藻酸盐基复合g-C₃N₄光催化气凝胶材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，随着光催化技术的发展，借助太阳能实现的光催化技术在环境污染净化和太阳能转化为化学能领域方面表现出了巨大的应用潜力。石墨相氮化碳(Graphiticcarbon nitride，g-C₃N₄)是一种新兴的具有可见光活性的有机半导体，其特殊的空间电子云分布及能带结构使其对许多重要的化学反应表现出良好的催化活性。同时它还具有成本低、无毒、性能稳定等许多优点，日渐成为光催化领域中的焦点。但g-C₃N₄在具体的光催化过程中尚存在某些不尽人意之处，如对太阳光的利用效率较低，防护、回收和再利用困难，昂贵的纳滤技术和耗时的分离过程，这些都将阻碍其工业化进程，从而使g-C₃N₄光催化剂在未来环境净化的实际应用过程中会受到很大的限制。

气凝胶（Aerogel）作为一种独特的多孔结构材料，因其具有高孔隙率（大于90%）、低密度（0.003-0.5 g/cm³）、高透光性以及较低的导热系数（0.0013-0.021 W/m·k）等特点而备受关注，主要被应用于军事、建筑、能源及环境保护等方面。从功能上而言，气凝胶材料是纳米光催化材料的优良载体。藻酸盐基气凝胶是以藻酸盐为前驱体，经超临界干燥或冷冻干燥后制得。藻酸盐是从褐藻中提取出来的一种天然多糖，它是由β-D-甘露糖醛酸（M单元）和α-L-古洛糖醛酸（G单元）通过1-4糖苷键连接而成的无规嵌段共聚物，具有来源丰富、绿色无毒、易凝胶化、可再生、可降解以及生物相容性好等优异性能。

随着科学技术的发展，多元材料复合化成为新材料的发展趋势，通过两种或者多种材料功能上的复合，性能上的相互弥补和优化，可制备出性能更加优异的复合材料。由于体相g-C₃N₄存在比表面积小、液相分散性差、光生电子空穴复合率高、影响改性和复合效率等缺点，本发明采用细胞粉碎的方法制备出的二维纳米片状g-C₃N₄，然后将二维纳米片状g-C₃N₄与天然多糖基气凝胶材料进行复合，制备得到高比表面积、高孔隙率、耐水性强、易塑型、易回收，并具有良好吸附性能及高可见光催化产氢性能的光催化复合材料，其具有非常重大的意义和价值。

发明内容

针对现有纳米光催化材料应用过程中存在的问题和缺陷，本发明提供了一种工艺简单、生产成本低廉且具有较高稳定性和光催化活性的藻酸盐基复合g-C₃N₄光催化气凝胶材料及其制备方法与应用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种藻酸盐基复合g-C₃N₄光催化气凝胶材料，其制备方法包括如下步骤：