[发明专利]一种真空辅助制备三层g-C3

说明书

类石墨相氮化碳(g‑C₃N₄)作为一种典型的聚合物半导体，具有2.7 eV的禁带宽度，可以直接利用太阳光中的可见部分进行有机污染物的降解，在环境光催化领域具有巨大的潜力。然而，通过热聚合制备的g‑C₃N₄通常具有较差的结晶度，光生载流子传输速率慢，导致量子效率低、光催化降解效率较差。本发明使用钛酸纳米管为前驱体，一步热聚合制备具有三层结构的g‑C₃N₄/TiO₂同轴纳米棒。由于两者的能带位置匹配，g‑C₃N₄可以作为TiO₂的光敏化剂，在可见光照射下g‑C₃N₄被激发产生电子‑空穴对，并将电子传递给具有更低导带电势的TiO₂；与此同时，TiO₂作为g‑C₃N₄的电子陷阱，接受电子后引发光催化还原反应，实现对光生电荷的分离效果，提高g‑C₃N₄/TiO₂材料的光催化活性。

技术领域

本发明涉及一种真空辅助制备三层g-C₃N₄/TiO₂同轴复合纳米结构的方法，更具体的说，利用水热法制备钛酸纳米管为载体，通过真空手段辅助单氰胺在纳米管内外表面进行填充、吸附，通过限域热聚合反应，一步制备具有可见光响应的g-C₃N₄/TiO₂异质结纳米光催化剂。本技术属于光催化纳米材料的制备领域。

背景技术

近年来，随着经济高速发展的同时，环境污染问题日益严重。作为一种高级氧化技术(AOPs)，半导体光催化过程可以有效地降解环境中的有害污染物，受到研究人员的广泛关注。目前，常作为光催化材料的半导体有TiO₂、ZnO、WO₃等，其中TiO₂光催化剂具有成本低廉、化学性质稳定、无二次污染等优点，具有广阔的前景。然而，作为一种传统的宽禁带(禁带宽度Eg=3.2 eV)半导体，TiO₂只能利用太阳光谱中的约占4%的紫外光部分，极大地限制了其在光催化领域的应用。

作为一种典型的聚合物半导体，具有2.7 eV禁带宽度的类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)，可以直接利用太阳光中的可见部分进行有机污染物的降解，在环境光催化领域具有巨大的潜力。然而，通过热聚合制备的g-C₃N₄通常具有较差的结晶度，光生载流子传输速率慢，导致量子效率低、光催化降解效率较差。针对这个问题，研究人员进行了大量的研究工作，包括半导体复合、贵金属负载、元素掺杂等，以期进一步提高g-C₃N₄的光催化效率。其中，将TiO₂与g-C₃N₄进行复合成为一种良好的选择。由于两者的能带位置匹配，g-C₃N₄可以作为TiO₂的光敏化剂，在可见光照射下g-C₃N₄被激发产生电子-空穴对，并将电子传递给具有更低导带电势的TiO₂；与此同时，TiO₂作为g-C₃N₄的电子陷阱，接受电子后引发光催化还原反应，实现对光生电荷的分离效果。