[发明专利]氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂及其制备方法，该三元Z型光催化剂是以石墨相氮化碳为载体，其表面修饰有氮掺中空介孔碳和三氧化二铋。其制备方法包括将三聚氰胺、五水硝酸铋与氮掺中空介孔碳超声分散于乙醇中，加热并持续搅拌使乙醇完全挥发，得到光催化剂前驱体混合物，煅烧，得到氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂。本发明氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂具有吸光能力强、光生电子‑空穴复合率低、光催化性能好、稳定性好等优点，是一种新型的光催化材料，其制备方法具有工艺简单、条件易控制、成本低等优点，适合于大规模工业生产。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及一种氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着社会的不断发展，水资源污染及短缺问题越来越明显，急需寻找到一种节能、环保、高效的水污染治理技术解决这些问题。光催化技术是通过半导体光催化剂在光照条件下具有的氧化还原能力净化污染物，已展现出良好的运用前景。近年来，石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为一种非金属型半导体光催化剂，因其合适的能带位置、化学性能稳定、廉价易制备等特性而受到广泛关注。理论上g-C₃N₄的能隙约为2.7 eV，能利用波长为460 nm以下的太阳光。然而，g-C₃N₄存在比表面积小、光吸收性能差、光生电子-空穴易重组、光催化性能弱等问题极大限制了g-C₃N₄的应用。为了改善g-C₃N₄的光催化性能，通常将g-C₃N₄与其他材料进行复合从而形成一种异质结光催化体系，这类异质结体系通常能显著提升光催化材料的对光谱的吸收范围，加快光生电子-空穴分离速度，从而提升光催化剂的光催化性能。Bi₂O₃是一类与g-C₃N₄能隙差不多的金属半导体（Bi₂O₃能隙约为2.8 eV），它也被广泛用于光催化剂领域的研究。研究表明，g-C₃N₄ 与Bi₂O₃可以复合形成二元Z型异质结结构，但是仍然存在吸光能力弱、光生电子-空穴分离速率慢、稳定性差(容易沉淀)等问题，严重限制了光催化性能的提升。因此，如何全面改善现有异质结材料中存在吸光能力弱、光生电子-空穴分离速率慢、光催化性能差等问题，获得一种吸光能力强、光生电子-空穴复合率低、光催化性能高、稳定性好的复合光催化剂以及与之相匹配的工艺简单、条件易控制、成本低的制备方法，对于进一步扩大光催化技术的应用范围具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸光能力强、光生电子-空穴复合率低、光催化性能高、稳定性好的氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂，还提供了一种工艺简单、条件易控制、成本低的氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂，所述氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂是以石墨相氮化碳为载体，所述石墨相氮化碳表面修饰有氮掺中空介孔碳和三氧化二铋。

上述的氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂，进一步改进的，所述氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂中石墨相氮化碳的质量百分含量为85%～91%，氮掺中空介孔碳的质量百分含量为2%～5%，三氧化二铋的质量百分含量为7%～11%。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂的制备方法，包括以下步骤：