[发明专利]一种硫掺杂的g‑C3N4/TiO2异质结光催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料领域，具体公开了一种硫掺杂C₃N₄/TiO₂纳米复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

当今社会，环境污染、能源短缺的问题越来越严重，光催化作为一种新兴的技术，因其具有原料来源广泛且完全降解污染物的优点，越来越多的被应用在产生新能源和环境污染物治理领域。TiO₂作为一种最常见的光催化剂，因其无毒性，良好的化学稳定性，合适的能带位置和价格低廉等特性，被广泛的应用于污水处理中。然而由于TiO₂禁带宽度较宽，只能在紫外光区域发生响应而且光生载流子复合率较高，严重的限制了TiO₂的实际应用。

近些年来，因氮化碳具有可见光响应，成本低，在强酸强碱中都很稳定，且容易制备等优点，使其在光催化领域得到了广泛的应用。将C₃N₄与TiO₂复合制成异质结材料，一方面可以拓展TiO₂在可见光区域的吸收，使TiO₂具有了可见光催化能力，同时形成的异质结结构可以抑制光生载流子的复合，有效的提高了光催化反应的活性。例如：在郭淑慧发表的g-C₃N₄/TiO₂复合纳米材料的制备及可见光催化性能的论文中，详细地研究了g-C₃N₄/TiO₂复合纳米材料的制备过程和可见光催化性能(参见：郭淑慧，g-C₃N₄/TiO₂复合纳米材料的制备及可见光催化性能的研究，2014，重庆大学硕士论文)。但是，C₃N₄/TiO₂异质结对可见光的利用仍比较弱，而且其对光生载流子的分离能力仍有待提高。

硫元素掺杂的C₃N₄一方面可以改变C₃N₄的形貌，为光生载流子的转移提供更好的路径，加速其传播，因而降低光生载流子的复合，另一方面，硫的掺入可提高其对可见光的利用，从而在可见光下产生更多可以用的光生电子空穴。

目前，硫掺杂的g-C₃N₄/TiO₂异质结光催化剂未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，尤其是可见光催化性能欠佳的不足，本发明提供一种硫掺杂的g-C₃N₄/TiO₂异质结光催化剂及其制备方法与应用。本发明制备出的硫掺杂的g-C₃N₄/TiO₂异质结光催化剂能够增强可见光区域的吸收并促进光生电荷转移，且制备方法成本低廉、工艺简单。

本发明的技术方案如下：

一种硫掺杂的C₃N₄/TiO₂异质结光催化剂，该催化剂的化学组成为硫掺杂的C₃N₄和TiO₂纳米颗粒，催化剂的微观结构中包含有棒状和薄片层结构，棒状和薄片层结构表面分布有TiO₂纳米颗粒。

根据本发明，优选的，所述催化剂的化学组成中，硫掺杂的C₃N₄和TiO₂纳米颗粒的质量比为1：(0.5～4)，进一步优选1：(0.8～2)，最优选1:1。

根据本发明，优选的，所述的TiO₂纳米颗粒的平均直径为5-10nm。

根据本发明，上述硫掺杂的g-C₃N₄/TiO₂异质结光催化剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)通过热缩聚法，将三聚氰胺和三聚硫氰酸混合煅烧，制得硫掺杂的C₃N₄(S-C₃N₄)；

(2)通过溶剂热法，将钛源与溶剂混合进行水热反应，制得TiO₂纳米颗粒；