[发明专利]一种改性的g-C3N4基可见光光催化剂、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性的g‑C₃N₄基可见光光催化剂、其制备方法和应用，其目的在于通过采用NaBH₄还原的方法对g‑C₃N₄基进行改性，改变其带隙宽度和位置，从而增加其对可见光的响应范围，并通过改变其价带和导带位置，从而使其能光催化氧化水，还原水中溶解氧产过氧化氢，由此解决现有技术对g‑C₃N₄进行改性虽然能够改善其光催化性能但是成本高，且不能从根本上改变其可见光利用率低的技术问题。

技术领域

本发明涉及光催化材料领域，特别涉及对g-C₃N₄改性后的g-C₃N₄基光催化剂和制备方法。

背景技术

自1989年加州大学的Liu和Cohen从理论上提出β-C₃N₄共价晶体以来，碳化氮化合物因此在光催化领域受到各国科学家的广泛关注，1989年A.Y.Liu和M.L.Cohen根据β-Si₃N₄的晶体结构，用C替换Si，在局域态密度近似下采用第一性赝势能带法从理论上预言了β-C₃N₄(即氮化碳)这种硬度可以和金刚石相媲美而且是在自然界中尚未发现的新的共价化合物。1996年，Teter和Hemley通过计算认为C₃N₄可能具有5种结构，即α相，β相，立方相、准立方相以及类石墨相，其中石墨相C₃N₄是常温下C₃N₄中最稳定的相，同时材料无毒，并且有可见光响应，因此被广泛应用于光催化中。除此之外C₃N₄制备简单、价格便宜、不含金属使其成为一种新型光催化剂。

但g-C₃N₄(石墨相碳化氮)也存在着一些缺点，比如光生电子-空穴复合率高而导致的光量子效率低，氧化能力低以及光生空穴迁移率低等问题。同时g-C₃N₄带隙为2.7eV，虽然具有很好的可见光响应性，但是价带位于+1.4V(vs.Ag/AgCl,pH＝6.6)，难以氧化水，严重限制了g-C₃N₄的发展和应用。

随着研究的深入，现在已经有很多学者采用了多种方法来对g-C₃N₄进行改性，如：与贵金属材料进行复合、与其他半导体复合等，虽然贵金属材料的加入使g-C₃N₄展现出较为良好的光催化性能，但同时也大大增加了催化剂的成本，限制了g-C₃N₄的应用，并且不能从根本上改变低的可见光利用率。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种改性的g-C₃N₄基可见光光催化剂、其制备方法和应用，其目的在于通过采用NaBH₄还原的方法对g-C₃N₄基进行改性，改变其带隙宽度和位置，从而增加其对可见光的响应范围，并通过改变其价带和导带位置，从而使其能光催化氧化水，还原水中溶解氧产过氧化氢，由此解决现有技术对g-C₃N₄进行改性虽然能够改善其光催化性能但是成本高，且不能从根本上改变其可见光利用率低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种改性的g-C₃N₄基可见光光催化剂，所述光催化剂的直接带隙宽度为2.4～2.7eV、间接带隙宽度为1.7～2.65eV。

优选地，所述光催化剂能够直接吸收波长为550nm的可见光，并能够间接吸收整个可见光区域的可见光。