[发明专利]一步法制备分级介孔-多孔TiO2

说明书

一步法制备分级介孔‑多孔TiO₂/g‑C₃N₄纳米纤维光催化材料：向无水乙醇中依次加入N,N‑二甲基甲酰胺和冰乙酸，搅拌均匀；加入尿素，完全溶解；加入聚乙烯吡咯烷酮，完全溶解；加入钛酸四丁酯，完全溶解；加入液体石蜡，搅拌24小时以上；装入注射器中，在一定条件下进行静电纺丝，纺丝产物用不锈钢盘收集；纺丝产物干燥后，在带盖坩埚内，置于空气气氛中于550℃下焙烧4小时。本发明方法简单快捷，成本低廉，光谱响应范围宽，广生载流子复合率低，一维结构降低光生电子‑空穴复合率，大孔结构增强光散射效应，提高光捕获能力，促进反应物分子的扩散。介孔结构提增大比表面积，提供更多活性位点等特点，应用于光催化裂解水产氢。

技术领域

本发明涉及光催化材料领域，具体涉及一步法制备分级介孔-多孔TiO₂/g-C₃N₄纳米纤维光催化材料。

背景技术

随着社会的不断发展，能源短缺问题日益严峻。为了解决这一问题，寻找能够代替化石燃料的清洁能源迫在眉睫。氢气的燃烧热值高、易储藏、零污染，被认为是化石燃料的理想替代品。在化解全球能源和环境危机方面具有不可估量的前景。传统的制氢方法主要包括水煤气法制氢、石油热裂的合成气和天然气制氢、电解水生产等，这些方法普遍存在副产物多，处理成本高等缺点。因此，寻找一种绿色、无污染且高效的制氢方法迫在眉睫。

由于光催化裂解水制氢具有绿色、环保、不消耗化石燃料等优点，得到研究者的广泛关注。由于二氧化钛（TiO₂）光催化剂具有氧化还原能力强、性能稳定、处理成本低和无二次污染等优点，引起研究者的广泛关注。但TiO₂的带隙较宽（3.2eV），只能吸收利用紫外光，对太阳能的利用率较低；光生载流子复合率较高等缺点，限制了TiO₂在光催化裂解水制氢方面的应用。因此，提高TiO₂对太阳能的利用率及增强光生载流子分离率，以提高TiO₂的光催化性能成为当前研究的主要问题。

氮化碳（g-C₃N₄）是一种新型的可见光驱动材料，禁带宽度较窄（2.7eV），能够吸收利用可见光，在可见光下裂解水产氢，具有光谱响应范围宽，绿色，无毒，低成本，化学稳定性高等优点。但其较小的比表面积和光生载流子高复合率阻碍了g-C₃N₄的进一步应用。因此，降低g-C₃N₄光生载流子复合率，提高光谱响应范围仍是一个巨大的挑战。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一步法制备分级介孔-多孔TiO₂/g-C₃N₄纳米纤维光催化材料，采用静电纺丝法制备分级介孔-多孔TiO₂/g-C₃N₄纳米纤维光催化材料。TiO₂/g-C₃N₄异质结能够拓宽光谱响应范围，改善TiO₂光响应范围窄的缺点，显著提高太阳能利用率；TiO₂/g-C₃N₄异质结的形成使TiO₂与g-C₃N₄之间形成内置电场，改善光生电子、空穴的传输路径，大大降低光生电子-空穴对的复合率，大幅提高光催化效率。纳米纤维具有分级介孔-多孔结构，增加比表面积，提供更多的活性位点用于吸附反应物分子，提高氧化还原反应速率。因此，分级介孔-多孔TiO₂/g-C₃N₄纳米纤维光催化材料具有光谱响应范围宽，光生载流子复合率低，比表面积大等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：