[发明专利]一种Z型异质结气凝胶型光催化材料的制备方法及其应用

说明书

本发明属光催化领域，具体一种Z型异质结气凝胶型光催化材料的制备方法及其应用。包括步骤S1：采用改良Hummers法制备得到GO粉末，以脲热聚合法制备得到g‑C₃N₄粉末；步骤S2：混合GO与g‑C₃N₄粉末，加入去离子水后超声剥离，得到均匀分散溶液A；步骤S3：将钛酸丁酯和醋酸溶于乙醇，得到溶液B；步骤S4：将溶液B逐滴加入溶液A中，持续搅拌得到均匀混合溶液，倒入模具陈化得到水凝胶；步骤S5：经过预冷及冷冻干燥制得TiO₂/GO/g‑C₃N₄气凝胶型光催化材料。本发明以g‑C₃N₄与TiO₂复合，提高了可见光的利用率高，进而提高光催化活性，吸附性能好，催化活性点位丰富，光催化效率高，性能稳定，便于回收利用，环境友好。

技术领域

本发明属光催化领域，具体一种Z型异质结气凝胶型光催化材料的制备方法及其应用。

背景技术

偏二甲肼作为运载火箭的推进剂，被广泛用于卫星和航天器等设备，在航天器的发射、发动机测试、存储和运输过程中，通常会产生大量的偏二甲肼废气、废水。当前，光催化处理偏二甲肼废水的技术受限于材料的可见光利用率低和光生量子效率低，以及难于回收利用的技术问题。

气凝胶材料具有低密度、大比表面积和高孔隙率的优点，在吸附、催化、能源和环境等领域有广阔的应用前景。锐钛矿型TiO₂是当前研究最多的光催化材料，但其只对紫外光响应，因此，为了实现在可见光范围内进行光催化反应，研究者在光催化剂中掺杂了贵金属如Ag、Pd等。

目前已有的“贵金属掺杂ZnO纳米颗粒及作为偏二甲肼废水降解光催化剂”(申请号为CN 201210073295.6)公布的偏二甲肼废水降解光催化剂是贵金属掺杂改性ZnO纳米颗粒，催化剂成本昂贵且回收困难易造成二次污染。

为了使光催化材料便于回收，已有专利“一种三维大孔碳/碳纳米管/二氧化钛/银催化降解偏二甲肼的复合材料的制备方法”(申请号为CN 104787841 B)提供了一种固定化结构的三维大孔碳/碳纳米管/二氧化钛/银(C/CNTs/TiO₂/Ag)的复合材料用于光催化降解偏二甲肼废水，制备过程需要升温600℃至1000℃，此时TiO₂主要为金红石型，会降低TiO₂光催化活性。

已有专利“一种复合型高效可见光光催化剂及其制备方法和应用”(申请号为CN109622056 A)公布了一种以水热法制备二氧化锰改性聚吡咯石墨烯气凝胶的制备方法，但是可见光响应性能提升依然有限。

聚合物半导体材料g-C₃N₄(类石墨相氮化碳)具有良好的可见光响应特性，其带隙为2.6eV～2.9eV，且空间结构丰富、来源广泛、制备简单，可以提高材料的吸附性能，同时能够提供较高的价带，降低TiO₂材料体系的带隙，进而拓展可见光响应性能。

氧化石墨烯(GO)具有丰富的含氧基团，分子层状结构之间以及与g-C₃N₄等分子具有较强的氢键作用，可以制成比表面积大、导电性能良好的气凝胶。由于g-C₃N₄分子的光生电子空穴对易复合导致光生量子效率较低，因此，以良好导电性的GO为媒介使g-C₃N₄与TiO₂复合而构筑Z型异质结。一方面，复合材料的能带结构可以拓展光响应范围、提高光生量子效率；另一方面，气凝胶结构对污染物具有良好的吸附性能并提供丰富的光催化活性点位。

发明内容