[发明专利]一种镧掺杂类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法

说明书

一种镧掺杂类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法，以六水合硝酸镧、三聚氰胺和乙二醇为主要原料采用溶剂热合成的方法制备出镧掺杂类石墨相氮化碳光催化材料。在可见光（λ>420 nm）下，用所制备出的镧掺杂类石墨相氮化碳光催化材料降解生物难以降解的罗丹明B、甲基橙和亚甲基蓝等有机污染物，以此来证明该材料具有优越的可见光催化性能。通过循环降解甲基橙的实验证明了本发明的镧掺杂类石墨相氮化碳光催化材料具有很好的循环稳定性，具有较高的实际应用价值。该材料属于无机光催化材料，在可见光下的光催化活性较高，在有机废水处理和低碳节能等环境保护领域有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种镧掺杂类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法，具体属光催化材料制备领域。

背景技术

近年来，伴随着我国工业的快速发展，人民的经济水平得到了很大的提高，但随之而来的各种环境污染问题，特别是水污染问题给人民生活带来的巨大危害也逐渐地引起了社会重视，未经处理或者处理不当的废水已经对人类的身体健康已经产生了严重危害。针对此问题，目前有以下几种常见的处理方法，但都存在缺陷。例如：化学法能量消耗较大，浪费资源；物理法只是使污染物的形态发生变化，污染物后续处理程序复杂；生物法影响因素太多，例如周边温度、污水pH值以及曝气量等都对微生物有很大的影响；高级氧化技术容易产生二次污染产生且其对水处理的设备仪器等要求较高，试剂的利用效率低。所以，如何降低能耗，减少二次污染，尽可能的使用清洁可再生能源如太阳能来进行污水处理，对未来解决环境污染问题有很重要的意义。

纳米半导体光催化技术被誉为当今世界最理想的环境净化技术。1972年二氧化钛被发现在紫外光下能够分解水制得氢气，自此纳米半导体光催化技术在太阳能转化为化学能方面应用的大门被打开。经过几十年的发展研究，纳米半导体光催化技术在解决环境污染问题特别是水污染问题以及开发新的清洁能源等方面展现出优异效果，并且已经迅速从理论的基础研究走向实际应用。传统的纳米金属氧化物半导体如二氧化钛和氧化锌等被科学家们进行了广泛和深入的研究。但是传统的纳米二氧化钛和纳米氧化锌的带隙都较宽，因此对高能量的紫外光有响应，然而紫外光却只占到太阳光的百分之四左右，因此在实际的太阳光下，传统的纳米金属氧化物半导体的应用收到了很大的限制。

类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是一种新型的非金属半导体材料，因其带隙宽度较窄约为2.7eV，故能吸收波长小于475nm的光，对可见光具有良好的响应，从而突破了传统半导体如二氧化钛只对紫外光有响应的缺陷，对太阳光的利用效率更高。此外类石墨相氮化碳的诸多优点如：化学性质稳定、热稳定性高、成本低廉、不含金属组分和来源广泛等优点使得其成为科学家们近年来研究的热门光催化材料。另外，类石墨相氮化碳还具有优异的光解水产氢的功能，这个优点使其在新清洁能源开发领域也受到了广泛的关注。

在光催化反应中，类石墨相氮化碳可以吸收太阳光的能量，催化剂价带上的电子就会被激发到导带上，并在价带上留下空穴。之后光生电子和空穴会与水溶液中的分子或者离子结合产生具有还原性或者氧化性的活性自由基，其中具有氧化性的自由基可以将大分子有机污染物降解为二氧化碳和水或者小分子有机物, 从而起到了净化废水的作用。在降解的过程中，光催化剂本身不发生变化。但是单独的类石墨相氮化碳材料在光催化降解水中污染物的时候，其被可见光激发所产生的光生电子和空穴很容易再次复合，量子产率较低，导致其单独用于光催化降解水中污染物的时候，降解效率较低。针对类石墨相氮化碳光催化材料的上述不足之处，研究人员研究了很多的改进方法，其中很重要的一种就是对其进行元素的掺杂。

稀土金属元素具有丰富的能级和特殊的电子结构，其独特的4f电子跃迁特性不仅能够使稀土金属离子以离子进行掺杂，而且还可以使稀土元素以半导体复合的形式与半导体光催化材料进行复合，从而可以有效地提升光催化材料的光催化活性。