[发明专利]一种P-CeO2

说明书

本发明公开了一种P‑CeO₂/g‑C₃N₄异质结材料及其制备方法和应用，属于材料制备和光催化还原CO₂资源化技术领域。该制备方法包括(1)室温下，将g‑C₃N₄加入到超纯水中，超声分散均匀，再加入Ce(NO₃)₃·6H₂O，搅拌，得分散液E；(2)将Na₃PO₄·12H₂O加入到超纯水中，混合均匀，得分散液F；(3)将F滴入E中，充分搅拌，将反应液转入反应釜中，恒温热反应；(4)反应结束后自然冷却至室温，分别用超纯水和无水乙醇洗涤，真空条件下干燥，即得P‑CeO₂/g‑C₃N₄异质结材料。本发明制备工艺简便，原料廉价，得到的复合材料实用性强，具备良好的经济效益和环保效益。

技术领域

本发明属于材料制备和光催化还原CO₂资源化技术领域，具体涉及一种P-CeO₂/g-C₃N₄异质结材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球能源需求的增加和石油储量的减少，可持续和清洁能源的发展成为最重要的新兴研究领域之一。基于具备太阳能转化的独特性能，光催化技术被作为环境治理和清洁能源再生的一个重要方略。近年来，二氧化铈(CeO₂)由于其含量丰富、成本低、无污染且化学稳定性佳，在光催化产氢及CO₂还原等具备良好的应用前景。但CeO₂的带隙为3.2eV，其宽带隙化学性质导致其只能被紫外光激发；其次，二氧化铈的内部电荷转移率偏低，电子空穴对复合率较高，造成CeO₂在光催化化学反应过程中光子利用率偏低。石墨化碳(g-C₃N₄)因具有带隙窄、稳定性好等优点，被认为是一种潜在价值的可见光催化材料。然而，g-C₃N₄存在两大缺陷：(1)光生载流子复合相对较高；(2)比表面积小，这些都会导致其光催化效率偏低。

此外，磷原子因其孤电子对共轭三嗪环的离域效应被认为是调控催化剂材料电子结构的理想掺杂元素。磷的掺杂可以改变氮化碳的电子性质，使多余的孤电子离域到p共轭三嗪环上，从而提高电子空穴对的分离效率。同时，磷酸可修饰CeO₂表面酸碱性，促进了反应物 CO₂分子吸附、活化，从而提高了材料的光催化性能。然而，单掺杂磷使半导体材料的光催化性能还有待提高。

通过构建异质结能够有效提升复合材料的光吸收性能及光生电子对的快速分离与转移，并且还可增强复合材料的光还原/氧化能力。因此，构建P-CeO₂/g-C₃N₄异质结结构不仅能够提供更多的活性位点，同时能有效地增强光吸收能力，降低光生电子空穴对的复合率，提高导带的还原能力。然而，到目前为止没有P-CeO₂/g-C₃N₄异质结的制备及光催化应用的报道。

发明内容