[发明专利]一种碳环/氮化碳/二氧化钛复合材料、其制备方法及应用

说明书

一种碳环/氮化碳/二氧化钛复合材料，该材料由碳环、氮化碳、二氧化钛复合而成；所述碳环被固定在氮化碳的平面结构内，所述二氧化钛沉积在氮化碳表面，大概率地同时接触碳环和氮化碳从而实现充分的碳环、氮化碳、二氧化钛的三元异质结接触。其制备方法包括：(1)将三聚氰胺粉末和盐酸四环素加入到盛有超纯水的坩埚中，搅拌，超声；烘干，煅烧，得到固定有所述碳环的氮化碳复合物；(2)将步骤(1)合成的复合物与二氧化钛颗粒混合并研磨，煅烧，得到碳环/氮化碳/二氧化钛复合材料。所述的碳环/氮化碳/二氧化钛复合材料在降解水环境中有机污染物的应用。本发明方法工艺简单、成本低廉、周期短、环境友好，可以适用于工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及可增强光催化降解有机污染物性能的碳环/氮化碳/二氧化钛复合材料的制备方法及应用。

背景技术

随着经济社会的高速发展，水污染问题日益严重。近年来，半导体光催化技术在水环境治理方面的研究与应用引起了人们的广泛关注。其中，石墨碳氮化碳(g-C₃N₄)，作为一种非金属可见光响应材料，成本廉价，结构稳定，环境友好，化学组成以及能带结构调控方便，近年来其在光催化降解污染物等方面的应用引起了广泛的关注。然而，g-C₃N₄材料也存在着一些严峻的挑战：比表面积小、产生光生载流子的激子结合能高、光生电子-空穴复合严重、量子效率低、可见光利用效率不足等，严重制约其在光催化领域的大规模推广应用(见文献G.Mamba,A.K.Mishra,Applied Catalysis B:Environmental,198(2016)347-377.)。

因此，对纯g-C₃N₄进行改性使其具有更加优异而稳定的光催化性能显得尤为必要。常见的改性方法有元素掺杂，共聚合，结构设计，异质结工程等等(见文献W.J.Ong,L.L.Tan,Y.H.Ng,S.T.Yong,S.P.Chai,Chemical Review,116(2016)7159-7329.)。其中，异质结策略能有效解决上述问题，尤其是三元或多元异质结。碳材料因其优异的电子转移特性，在以氮化碳为基础的三元异质结体系中发挥着重要作用。但目前常见的含碳的氮化碳基三元异质结构建方法，是将碳材料直接和氮化碳等半导体复合，如g-C₃N₄/nanocarbon/ZnIn₂S₄(F.Shi,L.Chen,M.Chen,D.Jiang,,Chem.Commun.51(2015)17144-17147.)，当ZnIn₂S₄与g-C₃N₄接触时，不一定能保证大概率同时接触到nanocarbon，故较难实现充分高效的三元异质结界面接触。如果能充分改善三元异质结的界面接触，则能有效增强复合材料的光催化性能以及在环境治理保护中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳环/氮化碳/二氧化钛复合材料、其制备方法及应用，该材料能实现充分高效的三元异质结接触，克服现有技术存在的前述缺点。

为了实现上述目的，本发明采取了如下的技术方案：

一种碳环/氮化碳/二氧化钛复合材料(Carbon-ring/g-C₃N₄/TiO₂，CCNT)，该材料由碳环(Carbon-ring，C)、氮化碳(g-C₃N₄，CN)、二氧化钛(TiO₂，T)复合而成。其中，所述碳环被固定在氮化碳的平面结构内，所述二氧化钛一旦沉积在氮化碳表面，即能大概率地同时接触碳环和氮化碳，从而实现充分的碳环、氮化碳、二氧化钛的三元异质结接触。

所述碳环/氮化碳/二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤组成：