[发明专利]一种基于石墨相氮化碳的复合光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于石墨相氮化碳的复合光催化剂的制备方法及应用，其化学式为Pt/MoS₂/g‑C₃N₄。其制备方法为：首先通过光化学法将具有层状结构的MoS₂沉积到片状g‑C₃N₄的表面，然后再通过光化学法将具有纳米颗粒结构的Pt沉积到片状g‑C₃N₄的表面，最后再通过在低温下进行退火得到Pt/MoS₂/g‑C₃N₄复合光催化剂。本发明所提供的制备方法，工艺简单，反应条件温和，产率高。Pt和MoS₂双助催化剂的协同沉积可以大幅增强g‑C₃N₄在可见光下的性能，所制备的复合光催化剂Pt/MoS₂/g‑C₃N₄在可见光下表现出良好的光催化性能，在可见光下的产氢速率达到911.5μmol/h，4小时内可以将220ppmV的甲苯降解93%，可用于能源与环境等领域。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，尤其涉及一种基于石墨相氮化碳的复合光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

随着全球经济的高速发展，日益严重的全球能源短缺和环境污染问题已经受到国际社会和各国政府的高度关注。作为最大的发展中国家，中国面临着前所未有的能源与环境双重考验。自从Fujishima和Honda在n-型半导体二氧化钛单晶电极上发现水的光解现象以来，半导体光催化技术因其有望成为利用太阳能缓解污染和能源问题的绿色手段而得到越来越多的关注。

光催化剂的物理与化学性质对光催化反应有决定性的影响，现在常用的TiO₂光催化剂由于光谱响应范围窄、只能吸收紫外光的不足影响了其光催化的实际应用。为了充分利用太阳能，研究者们开发出了一系列具有可见光响应的新型光催化材料体系，如金属硫化物、g-C₃N₄、金属有机框架(MOF)材料等。其中，聚合物半导体石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其独特的半导体能带结构和优异的化学稳定性，作为一种不含金属组分的可见光光催化剂被引入到光催化领域，用于光解水产氢产氧、光催化有机选择性合成、光催化降解有机污染物等，引起人们的广泛关注。

对于单组分g-C₃N₄光催化剂而言，虽然可以通过调控其尺寸、维度、晶化度、和缺陷浓度等方面来促进光生电荷的分离，但是其调控程度仍受限于单组分本身的限制，即光生电子和光生空穴在迁移至g-C₃N₄表面发生光催化反应前仍处于同一局域范围内，二者存在着较大的复合几率，导致光催化效率偏低。如果能从空间上将光生电子和光生空穴分离，就可以有效抑制光生载流子的复合，从而提高g-C₃N₄的光催化性能。在这样的指导思想下，基于g-C₃N₄的复合型光催化材料应运而生，如MoS₂/g-C₃N₄、Bi₂MoO₆/g-C₃N₄、Pt/g-C₃N₄、ZnO/g-C₃N₄、Bi/g-C₃N₄等。