[发明专利]一种TiO2(B)@g-C3N4复合纳米片光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiO₂(B)@g-C₃N₄复合纳米片光催化剂的制备方法，属于光催化材料技术领域。

背景技术

纳米TiO₂光催化剂是光催化材料家族中最受瞩目的一类，具有高效、化学性质稳定、无毒无害、廉价等优点，自发现至今的40多年间一直是光催化和光电转换领域的主要研究对象，也是最有希望大规模实际应用的光催化材料，可用于太阳光或室内光线下除臭、抗菌、脱色和自清洁等。但纳米TiO₂在光催化效率和可见光的利用方面仍显不足，尤其是后者在一定程度上制约了TiO₂光催化技术的实际工程应用。TiO₂的禁带宽度（E_g）为3.2eV，对应的光吸收带边为387nm，只能被太阳光谱中不足5％的紫外光辐射所激发，而不能充分利用太阳能中的可见光部分；另一方面，TiO₂的光致电子-空穴复合几率很高，只有约1%的激子最终迁移到表面参与反应，导致光生载流子利用效率低。因此，对TiO₂进行修饰改性，扩展其有效光响应范围及提高光生电子和空穴的利用效率，提高光催化反应活性，是光催化处理环境污染应用的基础。

通过半导体耦合，可以促进光致电子-空穴的分离，减小复合几率，提高光催化材料的量子效率，当耦合半导体的吸收带边处于可见光范围时，能够拓宽TiO₂吸收激发光的波长范围，从而得到利用环境光线催化氧化的高效光催化材料。碳化氮（C₃N₄）是一类新型的有机聚合物半导体材料，其特点是：①构成元素仅为C和N，且不含金属元素，原料丰富且极为廉价，不存在资源枯竭的问题，具有类似于石墨的层状结构和共轭电子结构；②具有合适的带隙，E_g～2.7eV，能够吸收不超过460nm的可见光，C₃N₄的带边位置与TiO₂能够形成很好的II型半导体匹配，有利于光致电荷的分离；③制备方法简单，通过富含C、N的前驱体热聚合即可得到C₃N₄，层间结合力弱，易于剥离，对热，酸，碱均有很好的稳定性。这些优点使C₃N₄在光催化和光解制氢领域的应用极具潜力。将C₃N₄和TiO₂进行杂化耦合，在纳米尺度下进行结构调控和组分优化，发挥各自的性能优势协同增强，可用于室内外水和空气净化，达到除味、抑菌的目的而无需人工伺服。现有技术通常采用高温煅烧制备g-C₃N₄复合光催化剂，缺点是组份和结构难以精确控制，各相分布不均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种绿色环保、简易可控的TiO₂(B)@g-C₃N₄光催化剂制备方法，本发明的方法采用晶种诱导生长，可以精确控制TiO₂(B)纳米片和g-C₃N₄纳米片两相的分布，同时有效控制组份相对含量和特殊结构；本发明的方法制备的TiO₂(B)@g-C₃N₄纳米片光催化剂具有良好的光电性能。

本发明所述的TiO₂(B)@g-C₃N₄复合纳米片光催化剂为TiO₂(B)纳米片生长在g-C₃N₄纳米片上。

一种TiO₂(B)@g-C₃N₄复合纳米片光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将g-C₃N₄与TiO₂溶胶混合并加入氨水，在60～90℃进行恒温水浴搅拌；

（2）将步骤（1）浆料在140～180℃进行溶剂热处理，即得所述TiO₂(B)@g-C₃N₄复合纳米片光催化剂。