[发明专利]一种具有高光催化性能的h-BN/TiO2复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高光催化性能的h‑BN/TiO₂复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1)、以H₃BO₃和CO(NH₂)₂为原料，合成类石墨烯结构的h‑BN；步骤2)、对步骤1)中获得的粉末h‑BN样品进行预处理；步骤3)、以TiCl₄和TBOT作为钛源来合成h‑BN/TiO₂复合材料。本发明通过在TiO₂与非金属半导体h‑BN之间构建共价键，以便通过促进光生电子在界面之间的迁移，提高材料的光催化效率；并通过向TiO₂中同时掺杂N、F两种非金属元素，改变TiO₂的禁带宽度和光生电子在界面的迁移速率，从而改善TiO₂的光催化活性。

技术领域

本发明涉及纳米材料合成技术领域，具体涉及一种具有高光催化性能的h-BN/TiO₂复合材料的制备方法。

背景技术

随着社会的发展，推动了工业化的进程以满足了人们的需要。但是，工业化的出现往往伴随着严重的环境污染，尤其是人们赖以生存的水环境污染。水体中的有机污染物，主要是酚类、抗生素等，这些污染物很难在生物体内被分解，而且微量级就会威胁到人们的健康，如何去除这些稳定性高、毒性大的污染物并获得清洁的水资源被认为是一项全球性的挑战。传统的污水处理方法主要有吸附法、微生物降解法、混凝法等，这些方法虽然都可以去除一部分污染物。但是都存在一些问题，例如污染物不能彻底除去、工艺复杂、设备要求较高以及容易造成二次污染等。因此，这些问题的存在推动着研究者寻求一种高效、环境友好型的技术将水体中的有机污染物彻底去除。

自从上世纪70年代初，Frank和Bard等人发现在光的作用下TiO₂能将水中的氰化物分解，使CN-氧化为OCN-，为处理水体污染的发展提供了新的方向。光催化技术吸引了一大批环境、催化和生化等科研学者广泛关注。光催化技术作为一种经济、环保的废水处理技术。光催化技术的研究核心是高效光催化剂的制备，光催化材料可以吸收光中的光子，进而产生电子(e-)和空穴(h+)，这些e-和h+分别位于催化剂的导带(CB)和价带(VB)上用于还原和氧化反应。而TiO₂因其具备经济效应高、催化效率高、光稳定性强和无毒等优点被认为是优良的光催化剂。TiO₂催化剂中的e-和h+分别具有优异的还原和氧化能力，能使绝大部分有机污染物完全去除以及分解水产氢。例如，Bharatvaj等人制备的Ce3+-TiO₂光催化剂，在150W的汞灯照射下具有较好的分解水产氢性能并且产氢速率高达6789μmol/h；汪浩等人制备的纳米TiO₂光催化材料，在500W的汞灯照射下能分解水产氢并且光稳定性好；Kim等人成功制备了Zn-TiO₂复合材料，在太阳光下使甲基橙完全去除。此外，很多无机化合物以及重金属也可以在TiO₂表面被光生电子还原生成无毒或毒性较小的产物。因此，TiO₂在降解有机物、治理水体污染、产氢等方面有着较为广泛的应用前景。

然而，TiO₂自身也有局限性，TiO₂的带隙较大只对紫外光有响应，太阳光谱中紫外光仅仅占有5％；另外，TiO₂激发后产生的e-和h+容易发生复合；限制了TiO₂在实际中的运用，从而阻碍了以二氧化钛为基底的光催化材料难以商业化。因此，制备较高量子效率以及高效的响应可见光的TiO₂被认为是整个光催化过程中至关重要的一步。目前，科研学者已经提出多种途径用于解决TiO₂存在的缺点。

其中非金属半导体复合TiO₂的改性方法具有多种优点：通过改变半导体纳米粒子的大小，可调控光催化材料的带隙以及光响应范围；可以对半导体复合材料进行表面修饰增加光稳定性；半导体复合材料的光吸收呈现出带边型，增加对光响应强度。