[发明专利]一种光催化剂In2O3/g‑C3N4B的制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料领域，涉及一种治理染料废水污染的高效复合光催化剂及其制备和应用。

背景技术

g-C₃N₄以其光催化活性较高、稳定性好、原料价格便宜、尤其是不含金属这一突出优点，使它成为一种新型的光催化材料，然而，单一相催化剂通常因量子效率低而使其光催化性能表现不够理想。因g-C₃N₄材料光生电子-空穴复合率较高，导致其催化效率较低，从而限制了它在光催化方面的应用。

为了提高g-C₃N₄的催化活性，最近几年来，人们研究了很多改性方法。对g-C₃N₄进行改性的非金属元素包括S、N、C、B、F、P等，一般认为这些非金属元素取代了3-s-三嗪结构单元中的C、N、H元素，从而形成g-C₃N₄晶格缺陷使得光生电子-空穴对得到有效分离，有效提高其光催化性能。

Zhang等将双氰胺与BmimPF6(离子液体)混合，经过高温焙烧后得到P掺杂g-C₃N₄催化剂，经XPS分析表明P元素取代了结构单元中C，少量P掺杂虽然不能改变g-C₃N₄的结构，但是，其明显改变了g-C₃N₄的电子结构，光生电流也明显高于没掺杂g-C₃N₄。Yan等采用加热分解三聚氰胺与氧化硼的混合物制备了B掺杂g-C₃N₄，经过XPS光谱分析表明B取代了g-C₃N₄结构中的H，光催化降解染料研究表明B掺杂同时提高了催化剂对光的吸收，因此，罗丹明B光催化降解效率也得到提高。

Liu等将g-C₃N₄在H₂S气氛里于450℃焙烧制备了具有独特电子结构S元素掺杂g-C₃N₄的CNS催化剂，XPS分析显示S取代了g-C₃N₄结构中N。当λ＞300及420nm时S掺杂g-C₃N₄光催化分解水产氢催化效率分别比单一g-C₃N₄提高7.2和8.0倍。Wang等报道了B、F掺杂g-C₃N₄研究，他们用NH₄F作为F源与DCDA制得F元素掺杂g-C₃N₄催化剂(CNF)。其研究结果表明F元素已掺入g-C₃N₄的骨架中，形成了C-F键，使其中一部分sp²C转化为sp³C，从而导致g-C₃N₄平面结构不规整。另外，随着F元素掺杂数量增多，CNF在可见光区域内的吸收范围也随之扩大，而其对应的带隙能由2.69eV降到2.63eV。后来，他们又用BH₃NH₃作为硼源制备B元素掺杂的g-C₃N₄催化剂(CNB)，对其表征发现B元素掺入取代了g-C₃N₄结构单元中的C元素。

Lin等采用四苯硼钠作为B源，在掺入B的同时，又因苯离去基团的作用使得g-C₃N₄形成薄层结构，其层的厚度为2～5nm，降低了光生电子到达催化剂表面所需要消耗的能量，因此提高光催化效率。

氧化铟In₂O₃有很多优异的特性，是n型半导体材料，间接带隙约为2.80eV，在很多领域得到广泛应用。氧化铟不仅可以单独作为光催化剂，还可以和其它半导体复合而有较高的光催化效率，使其具备多种特殊性质，因此在太阳能电池、气体传感器等有着重要的应用。In₂O₃薄膜对于多种物质都具有很好的附着力，也可被用作光降解水的催化剂。