[发明专利]一种超分子自组装合成的C-g-C3

说明书

本发明公开了C‑g‑C₃N₄/Bi₄O₅Br₂复合光催化材料及其制备方法，以及其光降解水体污染物的应用。通过简单水热法加高温煅烧的方法制备得到C‑g‑C₃N₄/Bi₄O₅Br₂复合光催化材料。所制备的C‑g‑C₃N₄/Bi₄O₅Br₂复合光催化材料均具有比C‑g‑C₃N₄和Bi₄O₅Br₂更高的光催化降解水体污染物的性能。所制备的C‑g‑C₃N₄/Bi₄O₅Br₂复合光催化材料形成了p‑n异质结抑制了光生电子‑空穴的复合，使材料可以高效吸收可见光，从而提高了太阳光的利用率，提高了污染物的光降解效率。本发明制备过程简单，反应条件温和，材料可以实现有效回收，对光催化降解水体污染物具有重要的实际应用价值，有利于环境保护和社会的可持续发展。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及合成一种超分子自组装合成的C-g-C₃N₄/Bi₄O₅Br₂复合光催化材料，并将其用于可见光及太阳光下催化降解水体中有机污染物。

背景技术

随着工业化和城市化进程的加快，大量未经处理的污水排入地表水，有的甚至进入地下水。水中的许多有机污染物结构稳定，抗生物降解，因此这些长期存在于环境基质中的污染物对水生生物和人类健康造成潜在风险。目前，处理地表水体中污染物的治理方法多种多样，但传统的处理方法，如生物处理法和化学氧化法存在处理效果差，投资成本高的缺点，近年来，光催化技术作为一种先进的高级氧化技术（AOPs），由于其高效，低成本，低二次污染，操作简单等优势而被认为是一种极具应用前景的有机污染物治理方法。

自1972年Fujishima首次发现TiO₂在紫外线照射下可以光催化分解水，此后TiO₂由于其高稳定性，低成本和无毒等优点在水体污染物的降解方面受到了广泛而长期的关注。然而，TiO₂具有较宽的带隙，只能利用太阳能的紫外光部分，其低可见光响应度和高光生电子-空穴复合率使其无法有效利用太阳光降解污染物。因此，研究可见光利用率高，催化效果好的光催化剂对污水处理有十分重要的意义。

壳聚糖是自然界中第二丰富的多糖，由于壳聚糖中的高碳含量，其可作为制备碳自掺杂的g-C₃N₄的前体。三聚氰胺与壳聚糖连接形成自组装聚集体C-g-C₃N₄。C-g-C₃N₄有较高的热力学稳定性和较窄的带隙，它的低带隙和π共轭扩展使其成为收集太阳光以驱动可见光引发的催化反应的极佳候选者。Bi₄O₅Br₂具有高效的可见光响应能力和光生电荷分离效果。在此发明中，我们首次利用Bi₄O₅Br₂与C-g-C₃N₄构建p-n异质结，合成了C-g-C₃N₄/Bi₄O₅Br₂复合光催化材料，表现出优异的光催化性能，有利于太阳光激发产生的电子-空穴在材料中的快速移动，降低了其内部复合速率，进一步提高材料光催化活性。

发明内容