[发明专利]一种光催化分解水的光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种光催化分解水的光催化剂及其制备方法和应用。该制备方法包括：制备手风琴状的多层Ti₃C₂；制备氮掺杂Ti₃C₂；制备少层氮掺杂Ti₃C₂；制备石墨相氮化碳g‑C₃N₄；将g‑C₃N₄与少层氮掺杂Ti₃C₂复合，得到复合光催化剂N‑d‑Ti₃C₂/g‑C₃N₄。由上述制备方法得到的复合光催化剂可以催化光分解水制氢的反应，并且具有较高的制氢活性。

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法，尤其涉及一种光催化分解水的光催化剂的制备方法，属于催化剂制备技术领域。

背景技术

近年来，能源问题和环境问题成为制约我国经济发展的关键。传统化石能源的使用，排放出大量温室气体和有毒害气体，威胁着人类的生存环境，此外，煤石油天然气等化石能源的储量虽大但也是有限的，因此开发新型的清洁可再生能源是一大战略性难题。光催化分解水制氢技术，可以利用近乎取之不尽用之不竭的太阳能，将水转化为清洁能源氢气，实现太阳能到化学能的转化，是一个非常有前景的课题。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)带隙为2.7eV，使其有别于传统的紫外光响应半导体光催化剂，可以吸收占太阳辐射50％的可见光，更高效的利用太阳能。g-C₃N₄还是一种成本低易制备的非金属半导体，可以使用廉价的碳氮化物通过简易热聚合的方法进行制备。g-C₃N₄的导带顶比常见的无机半导体更正，使其具有较高的光催化分解水制氢潜力。但g-C₃N₄的光生电子空穴复合率较高，在不使用助催化剂的情况下基本没有制氢活性。而光催化反应中最有效的助催化剂就是贵金属，比如Pt，反应前在催化剂表面镀一层Pt，可以有效促进电子空穴的分离、减小反应的过电势，从而极大地提升g-C₃N₄的活性。但使用贵金属助催化剂最大的问题是价格高昂，过高的成本限制了光催化制氢的实际应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种成本低廉的g-C₃N₄型光催化分解水的光催化剂。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种光催化分解水的光催化剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

通过化学蚀刻法制备手风琴状的多层Ti₃C₂；

通过氨气热处理对手风琴状的多层Ti₃C₂进行氮掺杂，得到氮掺杂Ti₃C₂；

将氮掺杂Ti₃C₂与二甲基亚砜混合，进行插层反应，离心除去多余的二甲基亚砜，超声剥离，上清液冷冻干燥，得到少层氮掺杂Ti₃C₂(N-d-Ti₃C₂)；

将N-d-Ti₃C₂与石墨相氮化碳(g-C₃N₄)研磨混合，热处理复合，得到复合光催化剂N-d-Ti₃C₂/g-C₃N₄。