[发明专利]自组装共聚氮化碳光催化复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种自组装共聚氮化碳光催化复合材料及其制备方法和应用，该自组装共聚氮化碳光催化复合材料是以尿素和硫代巴比妥酸为原料通过煅烧制备得到，其中尿素和硫代巴比妥酸的质量比为1∶0.001～0.02。本发明自组装共聚氮化碳光催化复合材料具有比表面积高、反应活性位点多、光吸收范围宽、电子‑空穴对复合率低、光催化性能好等优点，有着很好的应用价值和应用前景，其制备方法具有工艺简单、原料来源广、成本低廉、制备效率高、产率高等优点，适合于大规模制备，利于工业化生产。本发明复合材料能够降解有机污染物，具有工艺简单、操作方便、成本低廉、处理效率高、降解效果好等优点，对于各种有机污染物均具有较好的降解效果。

技术领域

本发明属于可见光催化领域，涉及一种自组装共聚氮化碳光催化复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

光催化技术是一种利用光催化剂在光照射下发生催化反应的技术，一般是多种相态之间的反应，是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。作为无金属有机聚合物半导体的石墨碳氮化物（g-C₃N₄）由于其优异的物理化学稳定性和简单的制备方法而引起了相当大的兴趣。氮化碳的带隙适合各种可见光催化的应用，如可见光照射下的氢气产生，污染物降解和H₂O₂产生。然而，实际应用却受限于快速电荷载流子复合，低表面积和对可见光的有限吸收。为了获得足够的太阳能转换效率，优化氮化碳的结构，已经提出几种方法来提高g-C₃N₄的光催化活性，包括金属掺杂，与其他半导体的杂化以及共聚作用以改善光吸收和增强载流子的效率分离。

不同前体的超分子组装共聚已成为提高g-C₃N₄活性和性能的有效方法。在我们以前的研究中，使用三聚氰胺和其他有机单体的共聚方法，g-C₃N₄光催化剂的光催化活性可以提高其在降解抗生素中的应用。与三聚氰胺和双氰胺相比，尿素也可用作为共聚法制备g-C₃N₄的原料，然而，由尿素共聚制得的共聚氮化碳材料仍然存在以下问题：比表面积低、反应活性位点少、光吸收性能不足、光生载流子容易重组、电子-空穴对复合率高、催化降解性能不足等，这些问题的存在严重限制了石墨相氮化碳的应用范围。另外，现有以尿素为原料的共聚方法中仍然存在工艺复杂、原料成本高、制备效率差、产率低等缺点，这问题的存在也限制了共聚法在制备石墨相氮化碳中的广泛应用。因此，如何有效克服上述问题，获得一种表面积高、反应活性位点多、光吸收范围宽、电子-空穴对复合率低、光催化性能好的改性石墨相氮化碳光催化剂以及与之相匹配的工艺简单、原料来源广、成本低廉、制备效率高、产率高的改性石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，对于提高石墨相氮化碳的应用范围具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种比表面积高、反应活性位点多、光吸收范围宽、电子-空穴对复合率低、光催化性能好的自组装共聚氮化碳光催化复合材料，还提供了一种工艺简单、原料来源广、成本低廉、制备效率高、产率高的自组装共聚氮化碳光催化复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种自组装共聚氮化碳光催化复合材料，所述自组装共聚氮化碳光催化复合材料是以尿素和硫代巴比妥酸为原料通过煅烧制备得到；所述尿素和硫代巴比妥酸的质量比为1∶0.001～0.02。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种自组装共聚氮化碳光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将尿素和硫代巴比妥酸研磨，溶解于溶剂中，搅拌，烘干，得到前驱体；

S2、将步骤S1中得到的前驱体进行煅烧，研磨，得到自组装共聚氮化碳光催化复合材料。

上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述尿素和硫代巴比妥酸的质量比为1∶0.001～0.02。