[发明专利]一种具有特殊暴露面的异质结的制备方法

说明书

本发明涉及一种具有特殊暴露面异质结的制备方法，属于光催化材料的制备方法技术领域。选取带隙可调节的半导体Co₃O₄通过液氮辅助热氧化法与2D g‑C₃N₄来构建一种具有特殊暴露晶面的Co₃O₄/2D g‑C₃N₄异质结光催化剂，来扩大光吸收范围，增加活性位点密度，以提高光催化CO₂还原能力。事实与结果证明，该异质结能大大提升光催化性能以及增强对CO₂的吸附和转化。

技术领域

本发明涉及一种具有特殊暴露面的异质结的制备方法，属于光催化材料的制备方法技术领域。

背景领域

当今，社会发展迅速，对能量需求大幅度提升。而所需的能量主要来源于不可再生的化石燃料的燃烧，致使能源危机凸显。另一方面，化石燃料燃烧释放大量的CO₂，给我们的环境带来了极大的威胁。基于能源危机与环境污染这两大问题的交叉，光催化CO₂技术越来越被研究人员关注。在众多促进光催化CO₂光还原策略中，构建半导体异质结被认为是一种有效的方法。

n-型非金属半导体g-C₃N₄由于其具有较高的CB位置利于还原半反应的进行，已经被成功用于光催化CO₂还原。但是热缩聚制备的体相g-C₃N₄比表面积小，限制光生载流子分离，而2D g-C₃N₄比表面积大，对可见光的响应有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有特殊暴露面的Co₃O₄/2D g-C₃N₄异质结光催化剂的制备方法，选取带隙可调节的半导体Co₃O₄通过液氮辅助热氧化法与2D g-C₃N₄来构建一种具有特殊暴露晶面的Co₃O₄/2D g-C₃N₄异质结光催化剂，来扩大光吸收范围，增加活性位点密度，以提高光催化CO₂还原能力。事实与结果证明，该异质结能大大提升光催化性能以及增强对CO₂的吸附和转化。

本发明所提供的一种具有特殊暴露面的Co₃O₄/2D g-C₃N₄异质结光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取三聚氰胺，以一定的升温速率和煅烧温度在马弗炉内进行高温煅烧，得到体相C₃N₄，再以一定的升温速率和煅烧温度进行多次煅烧，得到2D g-C₃N₄。

(2)称取一定量的Co(NO₃)₂·6H₂O和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)溶解于乙醇水溶液中，搅拌后缓慢滴入NaOH溶液，将得到的混合物转移到高压反应釜内高温水热反应，反应后自然冷却，洗涤，干燥，得到合成Co₃O₄的中间体β-Co(OH)₂。

(3)将β-Co(OH)₂和2D g-C₃N₄以一定比例在水中混合，形成均匀混合物，用液氮冷冻，再经干燥后放在马弗炉内以一定的温度煅烧即得到氧化钴/氮化碳2D异质结光催化材料。