[发明专利]一种石墨烯桥连的Z型Ag3PO4/G/C3N4光催化剂及其制备方法

说明书

本发明提出了一种石墨烯(G)桥连的Z型Ag₃PO₄/G/C₃N₄光催化剂及其制备方法，所述的复合物是由石墨烯G将C₃N₄和Ag₃PO₄相桥连起来的三元复合催化剂。首先将石墨烯片层结构的G和C₃N₄超声分散在Ag₃NO₃的水溶液中，然后滴加NaH₂PO₄,继续搅拌，形成Ag₃PO₄/G/C₃N₄三元复合物。制备过程中由于G和C₃N₄具备相似的石墨烯片层结构，因此G/C₃N₄易形成紧密的异质结结构；另外G高的比表面积利于Ag₃PO₄分散在其表面。所以G桥连利于C₃N₄的空穴和Ag₃PO₄的电子的复合，剩余C₃N₄导带较负能级的电子，利于形成更多的超氧负离子﹒O₂^‑；另外剩余Ag₃PO₄相价带更正能级的空穴，具有较强的氧化能力，利于光降解反应的进行。该制备方法操作简单，反应条件温和。制备的催化剂具有很好的稳定性和较高的可将光催化降解染料特性。

技术领域

本发明涉及一种Z型Ag₃PO₄/G/C₃N₄(G:graphene)光催化剂及其制备方法，属于纳米复合材料和可见光催化污染物降解领域。

背景技术

Ag₃PO₄禁带宽度为2.45eV,导带电位-0.45eV，价带电位2.9eV,在可见光照射下，具有很强的光催化分解水制备氧气和光降解染料的活性。但是Ag₃PO₄单独作为催化剂时具有很多缺点，如光利用率低，只能吸收一定波长的光；光生载流子易于复合；容易发生光腐蚀反应，催化剂的稳定性较差。C₃N₄具有合适的能级电位，价带电位1.4eV,导带电位-1.3eV。Ag₃PO₄/C₃N₄的复合体系中C₃N₄价带的空穴和Ag₃PO₄导带的电子结合，降低了Ag₃PO₄相光生载流子复合的几率；另一方面C₃N₄价带的空穴和Ag₃PO₄导带的电子结合后，复合体系中Ag₃PO₄剩余的价带空穴和C₃N₄剩余的导带电子，比单独Ag₃PO₄催化剂具有更负的导带电位，即更强的电子还原能力，在光降解燃料反应中，将具有更多的超氧负离子参与光降解反应，具有更高的光降解活性。虽然已报道了Ag₃PO₄/C₃N₄的复合光催化剂体系，如[Wei Zhang, LiZhou, Jun Shi* and Huiping Deng，Synthesis of Ag₃PO₄/g-C₃N₄ Composite withEnhanced Photocatalytic Performance for the Photodegradation of Diclofenacunder Visible Light Irradiation，Catalysts 2018, 8, 45]。以及Ag纳米粒子作为C₃N₄价带空穴和Ag₃PO₄导带电子复合桥梁的Z型Ag₃PO₄/Ag/C₃N₄复合光催化剂[CN106732734A]。而以具有高电荷传输能力，具有和C₃N₄类似的石墨片层结构的石墨烯片为纽带，作为Z反应体系的光生载流子传输体的Z型Ag₃PO₄/G/C₃N₄复合催化剂还未见报道。