[发明专利]一种CuO/氮化碳复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化领域，涉及采用软模板法制备CuO/氮化碳复合光催化剂，选择Pluronic F127和酚醛树脂作为混合模板，将铜源和三聚氰胺同步加入，通过挥发诱导自组装，三聚氰胺在惰性气氛下高温热聚合后，再于空气中煅烧，最终制备得到CuO/氮化碳复合光催化剂，该催化剂光谱响应范围较宽，光生电子空穴的分离较易，具有高效的可见光催化活性。

背景技术

随着社会的不断发展，环境污染和能源危机是当今世界面临的两大问题，尤其是水资源的污染情况日益严峻，其中的污染物大部分为有机物，并且性质非常稳定，从而表现出难以降解的特质，用传统的处理方法很难将其完全消除和降解。而近年来，科学家们发现，光催化材料在光照射下。可以光分解水制氢和光降解污染物，因此光催化材料在缓解能源短缺问题方面和治理环境污染问题方面有重要的应用前景，光催化技术成为了当前的科学和技术研究热点之一。

1972年，Fujishima和Honda首次在《Nature》上报道了TiO₂电极在太阳光照射下分解水产氢的现象。从此，利用TiO₂进行光催化反应在环境净化领域内取得了很大的突破，在光催化降解有机物取得了非常大的进展。但是，目前工业使用的光催化材料在性能上还有一定的缺陷，对光的利用率还不够。传统光催化材料只对太阳光中的紫外光有响应，而紫外光在太阳光中只能占到4％左右，所以使得这些传统的光催化材料在针对太阳能的应用上受到很大制约。为此，研发高效的、可见光响应的半导体材料对促进光催化的发展应用有及其重要的意义。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)，是一种新开发的具有可见光响应的有机半导体光催化剂，其在光解水产氢、光催化降解有机污染物、有机光合成等光催化领域得到了人们的极大关注。g-C₃N₄可以通过多种原料热聚合制备：如尿素、二胺、三聚氰胺等。它本身有较好的化学稳定性、热稳定性、特殊的机械、电子和光学性能，并且具有廉价易得，无毒等优点。但同时也存在一些不足之处，比表面积小、片状结构大，同时带隙较大(～2.7eV)，激子结合能高和结晶度低，使光生电子空穴分离效率低，对可见光吸收范围窄(λ<460nm)，因此太阳能利用率较低，从而光催化活性较低。因此采用各种途径和手段优化g-C₃N₄的化学组成、调控其半导体能带结构和表面形貌等，按照特定的实验目的对g-C₃N₄材料进行改性研究，从而进一步拓展g-C₃N₄在环境和能源领域的应用。

为了解决g-C₃N₄的光生载流子分离效率较低的短板，一般将g-C₃N₄与其它半导体材料等进行复合，形成复合异质结光催化剂。因为异质结可以促进激子的解离，提高催化剂的光生载流子的分离效率，从而达到提高催化剂光催化活性的目的。氧化铜具有对可见光吸收强，与氮化碳复合可有效增强光催化剂对可见光的吸收，形成异质结构可有效提高光生电子空穴的分离效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CuO/氮化碳复合光催化剂及其制备方法，该方法工艺简单、成本低廉，制备的CuO/氮化碳复合光催化剂催化活性较高。

本发明提供一种CuO/氮化碳复合光催化剂的制备方法，其特征在于：选择Pluronic F127和酚醛树脂作为混合模板，将铜源和三聚氰胺同步加入，通过挥发诱导自组装，三聚氰胺在惰性气氛下高温热聚合后，再于空气中煅烧，最终制备得到CuO/氮化碳复合光催化剂。该催化剂光谱响应范围较宽，光生电子空穴的分离较易，具有高效的可见光催化性能，其制备包括如下步骤：

(1)制备酚醛树脂乙醇溶液：将一定量20wt％的NaOH溶液和苯酚在40～45℃的烧瓶中溶解，再将甲醛水溶液(37wt％)逐滴加入其中，将它们转移至圆底烧瓶中封口，并将其在60～90℃油浴搅拌0.5～1h。冷却至室温后，用2M的HCl溶液将上述溶液pH值调至6.0～7.0，50℃以下真空干燥去除水分即得所需的酚醛树脂。将所得酚醛树脂溶于无水乙醇中制得20wt％酚醛树脂乙醇溶液；