[发明专利]一种g-C3N4/TiO2异质结光催化薄膜的制备方法及其应用

说明书

一种g‑C₃N₄/TiO₂异质结光催化薄膜的制备方法及其应用，水解钛酸四丁酯制得TiO₂溶胶，将TiO₂溶胶与g‑C₃N₄乙醇悬浮液混合均匀，得g‑C₃N₄/TiO₂复合溶胶；常温下喷涂在基底上得到g‑C₃N₄/TiO₂异质结光催化薄膜。TiO₂溶胶作为载体，将g‑C₃N₄粉体制成薄膜，拓展了g‑C₃N₄在环境污染治理方面的应用；g‑C₃N₄/TiO₂作为一种异质结光催化薄膜，提高了TiO₂光催化剂对太阳光的利用率，可见光下光催化降解污染物效率明显增强，能够用于空气中NO_x等污染物的降解。本发明中将g‑C₃N₄/TiO₂复合溶胶喷涂在基底上后，干燥采用自然风干即可，该制备方法简便，易于推广。

技术领域

本发明属于光催化薄膜领域，涉及一种g-C₃N₄/TiO₂异质结光催化薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

能源短缺和环境污染是21世纪人类社会所面临的重大挑战，光催化技术的应用为能源利用和环境保护带来了新的契机。薄膜材料往往具有块状材料所不具备的优异性能，更适于推广应用，因此光催化薄膜不仅在研究领域，而且在工业生产中及生活应用中越来越引起广泛关注。TiO₂作为半导体光催化领域中研究最广、最具实用意义的材料之一，具有廉价无毒、光催化效率高、性能稳定等优点。然而，目前TiO₂光催化薄膜只对在太阳光谱中比例不到5％的紫外光有吸收，太阳能利用率非常低，另外，TiO₂的光生载流子复合率很高，极大的限制 TiO₂的大规模应用。

非金属半导体g-C₃N₄是近些年来备受关注的材料，其独特的三嗪环状结构和高度缩聚赋予了它非常高的稳定性，抗酸、抗碱、抗光腐蚀。g-C₃N₄的禁带宽度2.7eV，对可见光具有一定的吸收，另外还具有与石墨烯同样的高比表面积、电子传输速度极快，结构和性能易于调控等优点。然而，g-C₃N₄主要通过热聚合法制备得到其粉体，难以成膜。当前，制备薄膜g-C₃N₄的方法主要是激光溅射、气相沉积和电化学方法，这些方法操作复杂、对仪器设备要求高，耗能量大，难以实现大规模工业化生产和发展，限制推广应用。

中国专利CN103464131A通过简单的溶胶法、合理的激光改性和退火工艺成功在陶瓷基片上制备了具有可见光波段优异光催化性能的氧化钛薄膜。专利CN102864481A采用磁控溅射、阳极氧化钛膜以及热处理在玻璃上制备二氧化钛光催化薄膜，具有高透光性和高光催化反应速率常数等优点，可满足自清洁玻璃、空气和废水净化等光催化领域需求。但这些专利所制备的光催化薄膜均存在制备工艺复杂，需要激光和高温处理等问题。因此，开发制备工艺简单、经济节能、易于推广的低温高效光催化薄膜对于光催化材料在改善环境方面的应用具有极其重要的意义。

发明内容