[发明专利]一种超声波辅助沉积法合成纳米SnO2/g-C3N4复合可见光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波辅助沉积法合成纳米SnO₂/g-C₃N₄复合可见光催化剂的制备方法，属于环境净化光催化剂材料制备技术领域。

背景技术

自1972年发现纳米二氧化钛能在光照下分解水，纳米半导体光催化技术引起了世界的广泛关注，并被认为是最具发展前途和应用前景的绿色环境净化技术。传统的纳米半导体光催化剂材料如纳米TiO₂和ZnO等已被广泛研究，但是受其自身禁带宽度较大(3.2eV)的影响，存在可见光下响应弱、量子效率低等问题，严重制约着光催化技术的实际应用。因此寻找开发新型高效可见光催化材料成为目前光催化领域的亟待解决的课题。

通过近年来的研究发现，g-C₃N₄具有共轭π结构且是所有氮化碳同素异形体中最稳定的材料，具有很高的热稳定性、化学稳定性和优异的机械、电学及光学性能。王心晨等(Nature Materials,2009，8:76-80)通过实验测定出g-C₃N₄光学带隙为2.7eV，在可见光照射下能催化分解水制氢，是一类有潜力的新型可见光催化材料。但遗憾的是，g-C₃N₄在420nm处生成氢的量子效率约为0.1％，因此g-C₃N₄在实际应用过程中有着自身无法突破的局限性。为了改善g-C₃N₄的可见光催化活性和催化稳定性，研究人员开展了一系列g-C₃N₄的改性研究如染料敏化，过渡金属改性，纳米半导体材料和g-C₃N₄相结合形成异质结等方法提高g-C₃N₄的光催化活性。Miao Xu(ACS Applied Materials&Interfaces,2013,5：12533-12540)用Ag₂O和g-C₃N₄室温下用液相合成法制备出异质结复合半导体光催化剂。当g-C₃N₄与Ag₂O比例为1:4时可有效抑制光生电子和空穴复合几率，提高光催化性，降解速率是纯g-C₃N₄的11倍。朱永法等人(Energy&Environmental Science,2011,4:2922–2929)利用g-C₃N₄共轭π结构，将g-C₃N₄与ZnO进行杂化，杂化后ZnO和g-C₃N₄之间产生协同效应，提高了电荷分离效率且抑制ZnO光腐蚀，在可见光下观察到了光电流。

四方相SnO₂是宽带隙的纳米半导体材料，在锂电池、气敏和光电转换等领域有广泛的应用。近来研究发现，纳米SnO₂是一个比TiO₂和ZnO更好的电子受体，更利于制备高活性的异质结催化剂。M Tamez Uddin等人(Inorganic Chemistry,2012,51:7764-7773)采用两步法制备出纳米介孔SnO₂-ZnO异质结光催化剂，有效抑制SnO₂-ZnO光催化剂光生电子-空穴复合，从而提高异质结光催化剂的光催化活性。Guangshe Li等人(Chemical Engineering Journal，2014，246：277–286)以K₂SnO₃为原料在180℃的高压釜中水解反应12h再经80℃干燥24h制得纳米SnO₂，然后将其加入到经超声分散30min后的g-C₃N₄乙醇溶液中，机械搅拌24h蒸发掉乙醇溶剂后，再于400℃下煅烧1h，制备出了光催化活性较好的纳米g-C₃N₄/SnO₂复合可见光催化材料。但该制备方法存在的问题是，需经历数次反应或干燥处理过程，且反应温度高，压力大，反应时间长，也容易引起纳米粒子的团聚，会影响纳米g-C₃N₄/SnO₂复合材料光催化活性的充分发挥。