[发明专利]一种多孔富碳g-C3N4光催化剂的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多孔富碳g‑C3N4光催化剂的制备方法和应用，以三聚氰胺和活性炭粉为原料，利用活性炭粉对三聚氰胺前驱体改性，通过两次不同环境焙烧制备g‑C3N4光催化剂。本发明制备的g‑C3N4拥有大的表面积和高孔隙率。多孔结构能够有效提高能量转换的效率，增加半导体比表面积，从而提供更多的表面活性位，提高光催化活性。此外，纳米孔壁结构降低了光生电子空穴的传输距离，提高光生电子和空穴的分离效率，降低复合率，极大地改善了在可见光下的光催化活性。该方法具有成本低和方便操作的优点。利用其在可见光照射下可降解罗丹明B等有害物质，在环境净化和清洁能源生产中具有重要的实际应用价值。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种通过改性前驱体制备多孔富碳g-C3N4光催化剂的方法及应用。

背景技术

随着能源与环境问题愈发制约现代社会的发展，光催化技术受到日益广泛的关注。光催化材料能够利用太阳光水解制氢，还可以分解有害物质，解决人类发展所面临的能量与环境问题。目前，光催化剂受光照射后产生的电子-空穴对复合率大，光子利用效率低，光催化活性不高。因此对半导体光催化剂进行改性研究是有必要的，改性的目的和作用包括提高激发电荷分离，抑制载流子复合以提高量子效率。

一种有机的石墨相氮化碳(g-C3N4)，仅由C和N元素组成，展示了非金属光催化剂消除污染物的巨大潜力。g-C3N4是一种稳定的尖晶石材料，具有合适的带隙和独特的性能以及稳定的光化学特性，在颜料、防火材料、光化学分解水制氢和锂离子电池的阳极材料等领域都有着广泛的应用，而且还是可见光降解有机污染物的高效光催化剂。纯的g-C3N4光催化剂由于表面积较低和快速的光生电子空穴复合，使其光催化效率很低，因而应用上受到限制。

发明内容

本发明目的是提供一种制备方法简单、操作方便、成本低、条件温和、催化效率高的多孔富碳g-C3N4光催化剂的制备方法。

本发明另一目的是提供一种多孔富碳g-C3N4光催化剂的应用。

本发明采用的技术方案是：

一种多孔富碳g-C3N4光催化剂，制备方法包括以下步骤：

1)将三聚氰胺与活性炭粉加入50ml无水乙醇，搅拌2h混合均匀，超声30min，烘干，得中间产物；

2)将中间产物，研磨，于马弗炉中，空气环境下，焙烧，得带有无定形纳米碳颗粒的g-C3N4粉末；

3)将带有无定形纳米碳颗粒的g-C3N4粉末，再次研磨后，于马弗炉中，空气环境下，退火，得多孔富碳g-C3N4光催化剂。

所述一种多孔富碳g-C3N4光催化剂，步骤1)中三聚氰胺与活性炭粉的质量比为1:0.01-0.08。

所述一种多孔富碳g-C3N4光催化剂，步骤2)中于马弗炉中焙烧温度为500℃-550℃，时间4h。

所述一种多孔富碳g-C3N4光催化剂，步骤2)中焙烧时升温速率5℃每分钟。

所述一种多孔富碳g-C3N4光催化剂，步骤3)中于马弗炉中退火温度为460℃-480℃，时间2h。

所述一种多孔富碳g-C3N4光催化剂，步骤3)中退火时升温速率5℃每分钟。

一种所述的多孔富碳g-C3N4光催化剂在可见光下降解罗丹明B中的应用。

所述的应用，具体为，将多孔富碳富碳g-C3N4加入到罗丹明B溶液中，避光搅拌，使其充分接触；以300W氙灯为光源，光电流调节到20mA位置，调节光强中心正照射到样品表面，固定好位置，将混合多孔富碳g-C3N4的罗丹明B溶液放于光源下方，通过对样品的吸光度测试，证明罗丹明B的降解。

本发明具有以下有益效果