[发明专利]氮空位修饰的富氧二氧化钛纳米复合材料的制备和应用

说明书

本发明公开了一种氮空位g‑C₃N₄修饰富氧二氧化钛复合材料的制备方法，是将钛酸四丁酯用0~5℃的冷水沉淀，去离子水反复洗涤后，在磁力搅拌下加入到去离子水和过氧化氢的混合溶液中，并保持体系在0~5℃下搅拌0.5~1h，得橙色过氧钛酸盐络合物，再将g‑C₃N₄加入橙色过氧钛酸盐络合物中，加热至40~50℃反应3~4小时，得到CNNA修饰富氧二氧化钛复合材料CNNA‑OTiO₂。光催化还原性能实验表明，CNNA‑OTiO₂用于光催化还原二氧化碳的反应中表现出更好的催化活性，因此在光催化还原二氧化碳的反应中具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种氮空位g-C₃N₄(CNNA)修饰富氧二氧化钛（CNNA-OTiO₂）的制备方法，主要用于光催化还原二氧化碳反应中。

背景技术

进入21世纪以来，随着工业的迅猛发展和人口的快速增长，人类面临着能源短缺和环境污染两大重要问题。因此，发展可用于环境治理和能源再生的高效绿色技术迫在眉睫。半导体光催化技术可以将取之不尽用之不竭的太阳能转化为化学能，并为人们所利用,满足人们对环境和能源问题的需求，因而被誉为是未来最具发展前景的一项技术。近年来，以半导体为催化剂材料，在太阳光的照射下将CO₂转化为碳氢化合物的技术备受关注。

二氧化钛是常见的光催化半导体,因它们具有相对优秀的光催化效率、较好的稳定性、丰富的来源和无毒环保性能，一直以来被视作是极具前景的光催化剂并被人们广泛的研究。然而它们较大的禁带宽度（3.2eV），致使它们只能吸收紫外光,而送部分光仅占到达地球表面的太阳光总能量的4%左右，严重降低了对太阳能的利用率。此外，光生电子和空穴在迁移到半导体表面的过程中极易发生复合，并将吸收的能量以光和热的形式损耗掉，这也是光催化还原二氧化碳技术在实际应用中效率较低的一个重要原因。

g-C₃N₄，即石墨相的C₃N₄，以三嗪环（C₃N₃环）为结构单元。g-C₃N₄（也叫氮空位，标记为CNNA）。g-C₃N₄独特结构赋予其良好的光催化性能，使之成为光催化领域的研究热点。目前在光催化领域，g-C3N4主要用于催化污染物分解、水解制氢制氧、有机合成及氧气还原。将其CNNA引入TiO₂中，提高TiO₂基材料的光催化活性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术催化还原二氧化碳生成一氧化碳的反应中存在产量较低的问题，提供一种氮空位修饰的富氧二氧化钛纳米复合材料（CNNA-OTiO₂）的制备方法；

本发明的另一目的是提供该CNNA-OTiO₂纳米复合材料在光催化还原二氧化碳制备一氧化碳的应用性能。

一、CNNA-OTiO₂的制备

（1）过氧钛酸盐络合物的制备：将钛酸四丁酯（TBOT）用0~5℃的冷水沉淀，去离子水反复洗涤后，在磁力搅拌下加入到去离子水和过氧化氢的混合溶液中，并保持体系在0~5℃下搅拌0.5~1h，得橙色过氧钛酸盐络合物，标记为O₂-TiO₂。

过氧化氢为30％H₂O₂；去离子水和过氧化氢的混合溶液中，去离子水和过氧化氢的体积比为1:0.5~1:1。钛酸四丁酯与过氧化氢的摩尔比为1:5~1:30。