[发明专利]一种高级氧化催化剂及其制备方法和应用

说明书

本申请提供了一种高级氧化催化剂及其制备方法和应用，属于光催化纳米复合材料技术领域与污染物处理领域。该高级氧化催化剂为层状的C₃N₄‑Cg/ZnO，层状的C₃N₄‑Cg/ZnO由层状的C₃N₄‑Cg和片状ZnO组装而成；其中，C₃N₄‑Cg由g‑C₃N₄和g‑C₃N₄边缘处的石墨烯组成。本申请的高级氧化催化剂ZnO/C₃N₄‑Cg异质结构由于C₃N₄‑Cg的边缘石墨烯化了，使其具有更高的可见光光催化性能，在可见光区域内对水中有机污染物具有很好的降解效果。本申请中首先将碳氮源分两步煅烧制备了C₃N₄‑Cg，采用超声浸渍法将制备C₃N₄‑Cg与ZnO复合，得到了分散性高的高级氧化催化剂ZnO/C₃N₄‑Cg。本申请的超声浸渍无需高温煅烧，制备过程简单，且超声分散过程中并未破坏C₃N₄‑Cg的层状结构，ZnO/C₃N₄‑Cg的层状结构提高了对太阳光的利用率，增强了ZnO/C₃N₄‑Cg的光催化效率。

技术领域

本申请涉及光催化纳米复合材料技术领域与污染物处理领域，特别涉及一种高级氧化催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有良好的可见光响应，以其优异的化学稳定性和独特的电子能带结构，尤其是不含金属这一突出优点，被视为一种价格低廉的可见光响应光催化材料。然而，单一相的g-C₃N₄催化剂通常因量子效率低而使其光催化性能表现的不够理想。此外，g-C₃N₄材料光生电子－空穴复合率较高，导致其催化效率较低，从而限制了它在光催化方面的应用。为了提高g-C₃N₄的催化活性，最近几年来，人们研究了很多改性方法。

氧化锌(ZnO)是最出名的宽带隙半导体材料之一，因为3.37eV的宽带隙，使其具有优良的催化性能。利用ZnO改性石墨相氮化碳(g-C₃N₄)成为该领域的研究热点，ZnO与g-C₃N₄耦合可发生异质电荷转移，利于光生电子-空穴的分离，增强其在可见光区的催化活性。然而，在利用ZnO改性g-C₃N₄后，g-C₃N₄/ZnO仅能利用少量的可见光对污染物进行去除，且降解效率依旧很低。

发明内容

本申请提供一种高级氧化催化剂及其制备方法和应用，以解决g-C₃N₄光生电子－空穴复合率较高，催化效率较低的问题。

第一方面，本申请公开了一种高级氧化催化剂，该高级氧化催化剂为层状的C₃N₄-Cg/ZnO，层状的C₃N₄-Cg/ZnO由层状的C₃N₄-Cg和片状ZnO组装而成；其中，C₃N₄-Cg由g-C₃N₄和g-C₃N₄边缘处的石墨烯组成。

在一个具体的实施方式中，C₃N₄-Cg和ZnO的质量比为(1～5)：(0.2～4)。