[发明专利]g-C3N4嫁接卤氧化铋微球光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种g‑C₃N₄嫁接卤氧化铋微球光催化剂的制备方法及应用。复合光催化剂中，BiOI作为窄带隙(1.78eV)半导体可以拓宽半导体在可见光区的响应范围从而敏化其他宽带隙的半导体，BiOBr_xI_1‑x固溶体多级微球增加了对太阳光的吸收率。同时BiOBr_xI_1‑x固溶体多级微球与g‑C₃N₄组分间形成异质结结构，使得光生电子与空穴得到有效的分离与转移，有效的降低光生电子与空穴的复合率，显著地提升复合光催化剂的光催化效率；本发明制备得到的8％g‑C₃N₄/BiOBr_0.6I_0.4复合光催化剂对甲基橙的降解率达92.9％，制备得到的复合光催化剂有效的解决了传统光催化剂太阳光利用率低，光生载流子易复合的问题，能够广泛的应用于环境问题修复，能源转换等领域。

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种g-C₃N₄嫁接卤氧化铋微球光催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高和对环境问题的日益重视，环境污染的危害和控制技术已经成为环境科学领域关注的热点。半导体光催化高级氧化技术作为一种绿色环保，高效廉价的新兴技术，在污水处理、空气净化及绿色能源方面表现出了巨大的应用前景。光催化的过程就是利用半导体材料受光激发产生空穴、电子与界面上的羟基、水分子和溶解氧发生反应产生羟基自由基、超氧负离子自由基等活性物种与污染物分子发生氧化还原反应，使其裂解断键并最终生成二氧化碳和水从而达到降解消除环境污染物的目的。

聚合物半导体石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有合成简单，热稳定性高，耐腐蚀性强，且具有适宜的能带结构；但纯相的g-C₃N₄可见光的利用范围有限，光生电子-空穴复合严重，并且其比表面积较小，使得其在可见光条件下降解有机污染物的效果并不理想，严重影响了其在光催化领域的大规模应用。

具有窄带隙的卤氧化铋P型半导体材料因其独特的开放式层状结构和内建静电场而有利于光生载流子的分离，表现出了较高的可见光催化活性能。将 g-C₃N₄和卤氧化铋嫁接耦合，两种半导体的带隙结构很好地匹配并有序错开，形成异质结结构，造成太阳光激发的电子能从C₃N₄的导带上转移到卤氧化铋的导带上，光生空穴将从卤氧化铋的价带上转移到C₃N₄的价带上，可实现光生空穴和电子的有效分离和传输。

相关技术中，g-C₃N₄/BiOBr复合材料的合成方法采用溶剂热法，所合成的复合光催化剂具有比单一g-C₃N₄和BiOBr更低的带隙宽度以及等高的吸收边缘，并且所合成的光催化剂在g-C₃N₄和BiOBr之间形成异质结构，使得光催化剂的光生电子与空穴得到更好的分离以转移，然而制备得到的光催化剂团聚现象较为严重，比表面积较小，严重影响其对可见光的吸收和光催化效率，在可见光照射150min后，对双酚A的降解率只有55％。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种制备能够有效的防止光生电子和空穴的复合、带隙宽度窄和比表面积大的异质结构的g-C₃N₄嫁接卤氧化铋微球光催化剂的制备方法，制备的光催化剂分散性好。

本发明实施例采用的技术方案是，一种g-C₃N₄嫁接卤氧化铋微球光催化剂的制备方法，包括以下步骤：