[发明专利]一种MOF基衍生的复合光催化剂TiO2/g-C3N4的制备方法

说明书

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种MOF基衍生的复合光催化剂TiO₂/g‑C₃N₄的制备方法，该光催化剂通过水热法和煅烧法制备得到，具体利用水热法制备多孔的钛基金属有机框架MIL‑125，经煅烧工艺得到多孔的TiO₂纳米颗粒；通过煅烧工艺将三聚氰胺原位生长在多孔的钛基金属有机框架MIL‑125上得到复合光催化剂TiO₂/g‑C₃N₄。该制备方法简单，能有效的解决TiO₂颗粒团聚、比表面积低和对可见光利用率低的问题，通过钛基金属有机框架MIL‑125的多孔结构来提高TiO₂的比表面积，g‑C₃N₄可以有效改善TiO₂的光响应范围，复合光催化剂TiO₂/g‑C₃N₄能够有效的拓宽光生电子空穴的空间距离，抑制两者复合，从而大大提高光催化效率，且成本低廉，环境友好，有利于实际应用和工业化生产。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种光催化材料及其制备方法。

背景技术

近年来，能源危机和环境污染已成为全球性尖锐问题。半导体催化剂能够有效地将太阳能转化为清洁能源并且降解有机污染物，从而缓解能源危机和减少环境污染，被广泛重视。TiO₂是常见的半导体材料之一，具有较好的光电性能、光催化性能和良好的化学稳定性，无毒性等优势，但其纳米颗粒比表面积小、禁带较宽，只能被太阳光中的极少比例的紫外光激发，对太阳光中的可见光不响应且光生电子空穴易复合。g-C₃N₄是非金属光催化剂，可见光吸收非常强，但比表面积也相对较小，光生电子空穴易复合，因此，光催化性能较差。把两者复合起来构建直接的TiO₂/g-C₃N₄复合光催化剂来提高太阳光利用率。同时，在TiO₂的导带电子和g-C₃N₄价带空穴之间内部静电场作用下，TiO₂的导带电子易迁移与g-C₃N₄价带空穴复合，从而拓宽了TiO₂的价带空穴与g-C₃N₄导带电子之间的空间距离，有效抑制了电子空穴的复合，从而大大提高了光催化性能。

关于TiO₂/g-C₃N₄复合光催化剂有诸多专利文件报道，例如：中国专利文件CN106914263A公开了一种复合可见光催化剂的制备方法，先将钛源和氮源在乙醇中分散均匀，然后向乙醇中滴加水得到混合物料；将混合物料在搅拌状态下蒸干得到前驱体；然后将准备的前驱体转移至马弗炉中，在马弗炉中于300℃～800℃下煅烧0.5～12h，得到TiO₂/g-C₃N₄复合可见光催化剂。但通过该法制备的光催化剂光催化效果较差，降解亚甲基蓝效率仍然有待提高。

再例如：中国专利文件CN107837817A公开了一种碳点/氮化碳/二氧化钛复合材料，该材料由三相碳点、类石墨烯氮化碳和二氧化钛复合而成；其中，氮化碳拥有较大的表面积，正好可以为二氧化钛纳米片提供可沉积的空间，使二氧化钛不发生团聚，同时，氮化碳较窄的禁带宽度又可以增加光响应范围，并且还利用碳点独特的电子转移能力来进一步抑制光生电子对的复合，从而增加光催化性能。虽然该专利文件通过碳点复合的方式增大了光催化剂的比表面，但是相比通过MOF金属有机骨架来制备的光催化剂，其比表面积仍然较小，光催化效果不如通过MOF金属有机骨架来制备的光催化剂。