[发明专利]一种高电子空穴对分离效率复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及的是一种高电子空穴对分离率复合光催化剂及其制备方法。将水热合成纳米球花状的Nb₂O₅材料置于去离子水中超声至均匀分散，然后将得到的悬浮液滴入三聚氰胺中，进行搅拌，混合均匀；最后将搅拌均匀的混合物移至坩埚中，放入马弗炉中进行二次煅烧，得到的白色固体即为所述Nb₂O₅/2D g‑C₃N₄光催化材料。

技术领域

本发明涉及的是一种高电子空穴对分离率复合光催化剂及其制备方法，作为一种新能源材料应用于光催化领域。

背景技术

氢作为一种可再生的二次能源，其反应速度快，热值高，且可通过多种途径制得。氢在释放能量之后的产物只有水，属于环境友好型能源。目前而言，氢能并没有得到广泛的应用，但是却被誉为一个有前途的能源，主要是因为氢能能够减少人类对化石燃料的依赖，从而降低温室气体和其他有毒气体的排放。制氢的途径很多，既可以将化合物重整、分解、光解或水解等方法制取，也可以由电解水制得，或是利用微生物进行发酵或光合作用来获取氢气。

随着经济社会的迅速发展，能源短缺，环境恶化与经济可持续发展间的矛盾日益突出，光催化技术以其绿色可持续性，在环境污染治理等方面引起了科学家们的广泛关注；但是许多光催化材料的禁带宽度大、紫外光区响应、电子空穴对复合率较低等缺点，已经大大阻碍了其发展，无法达到大规模应用的目的，因此开发新型高电子空穴对分离率复合光催化剂具有重大的现实意义。

光催化技术研究的关键是光催化剂，长期以来，基于二氧化钛、氧化锌等半导体氧化物的光催化剂凭借其在紫外光照射下较好的光催化性能受到了研究人员的重视，但是其较宽的能带间隙降低了其对太阳光的利用率，限制了它们的产业化应用。石墨型氮化碳(g-C₃N₄)和石墨一样具有层状结构，存在共轭大π键，并且具有良好的化学稳定性，由于其被报道在可见光下能光解水制取氢气，从而迅速成为光催化领域研究热点。但是g-C₃N₄依然存在电子空穴分离率较低等不足之处，对g-C₃N₄进行处理，剥离得到单层或者少层的类石墨烯结构氮化碳二维材料，与五氧化二铌进一步复合，其性质可能会表现出不同于石烯型氮化碳的特征。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高电子空穴对分离率复合光催化剂及其制备方法。本发明制备的复合光催化剂主要是利用类石墨烯型氮化碳作为载体材料，同时将其与五氧化二铌纳米球花以二次煅烧的方法进行复合。在此过程中，纳米球花状的金属氧化物Nb₂O₅对氮化碳的剥离起到了催化作用，而且Nb₂O₅纳米球花和Nb₂O₅/2D g-C₃N₄复合光催化剂的合成方法较为简单，产率较高，成本较低。Nb₂O₅纳米球花对二维氮化碳的剥离具有催化合成作用，形貌规整的金属氧化物对剥离氮化碳起到的促进作用能达到最大化。其中金属氧化物Nb₂O₅纳米球花的形貌很规整，且合成方法较为简单，其导价带位置也正好与氮化碳相匹配，能够很好地导出电子，使电子空穴对分离，从而进一步提高其光催化活性。