[发明专利]一种金属卟啉/石墨相氮化碳复合光催化剂

说明书

本发明涉及一种金属卟啉/石墨相氮化碳复合光催化剂，由金属卟啉和石墨相氮化碳组成，其制备方法包括以下步骤：将金属卟啉和石墨相氮化碳超声分散在极性有机溶剂中，分散均匀后，进行回流反应；将反应物经冷却、过滤、洗涤、干燥，即可得到金属卟啉/石墨相氮化碳复合光催化剂；本发明中不同金属卟啉/石墨相氮化碳复合光催化剂中，金属卟啉和石墨相氮化碳之间的协同效应，促进了光生载流子的分离效率，有效抑制了光生载流子的复合，改善了复合光催化剂的催化活性。

技术领域

本发明属于光催化剂领域，具体涉及一种金属卟啉/石墨相氮化碳复合光催化剂的制备及其应用。

背景技术

随着工业的迅速发展和人口的日益增多，环境污染和关键能源的短缺已经成为制约人类社会发展的两大难题。光催化技术能够利用丰富的太阳能来降解有机污染物等，这对解决环境危机有非常重要的意义。通过染料敏化能有效提高催化剂对可见光的利用率,进而提高其可见光光催化还原活性。卟啉类化合物是一类特殊的大环化合物，由于其独特的结构和特有的性能，在分析化学，光物理学，仿生化学，电化学和光化学等领域具有十分广泛的用途，对它们的研究越来越受到人们的重视。同时，利用半导体单晶电极实现光分解水制氢以来，人们逐渐开始重视在光催化研究领域的巨大应用潜力。在可见光范围内有着强吸收的卟啉负载于具有良好光催化活性的石墨相氮化碳g-C₃N₄上，两者形成的“有机-无机”复合光敏催化材料在不断的实践与发展中为人们带来了更多的惊喜和希望。尤其在水污染处理方面，研究证实卟啉-g-C₃N₄复合光敏催化材料能够有效的利用太阳能光催化降解水体中的有机污染物，净化水质。但是，目前卟啉-g-C₃N₄在光催化处理污水方面的研究还不是很系统和完善，比如卟啉的结构，金属卟啉的中心金属离子和带有的取代基对光催化效果的影响等。

石墨相氮化碳g-C₃N₄是一种有非金属碳氮组成的可见光光催化剂，与石墨烯类似，具有二维平面结构；同时具有典型的半导体特性，其禁带宽度约为2.7 eV，能吸收波长小于470 nm的紫外-可见光。因其独特的结构，g-C₃N₄基复合光催化剂表现出良好的光催化性能，但对与卟啉，特别是卟啉和g-C₃N₄共掺杂进行复合的光催化剂研究相对较少。构建异质结构的复合半导体可以有效抑制光生载流子的复合，从而改善半导体的光催化活性，是一种有效的半导体改性方法。

为此，我们尝试设计、制备了三种TPP-M/g-C₃N₄复合光催化剂，拓展光催化剂对可见光的响应范围，并探讨金属卟啉中金属离子对复合光催化剂催化性能的影响。迄今为止，关于金属卟啉中金属离子对复合光催化剂的研究较少，也没有专利和文献报道金属离子对金属卟啉/石墨相氮化碳复合光催化剂的制备和性能探讨。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有模拟太阳光活性的金属卟啉/石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法，以提高光催化材料对可见光及近红外区域的光谱利用率，其制备工艺简单，容易实现，制备的复合光催化剂具有良好的太阳光活性和较高的量子效率，对有机染料废水具有较好的降解效果，在有机废水的净化处理及有机废气净化等领域具有重要应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种金属卟啉/石墨相氮化碳（TPP-M/g-C₃N₄）复合光催化剂，由金属卟啉和石墨相氮化碳组成，其制备方法包括以下步骤：

将金属卟啉和石墨相氮化碳超声分散在极性有机溶剂中，分散均匀后，进行回流反应；将反应物经冷却、过滤、洗涤、干燥，即可得到金属卟啉/石墨相氮化碳复合光催化剂。

作为本发明的一种改进，所述金属卟啉为钴卟啉、镍卟啉或铜卟啉中任意一种。