[发明专利]一种氮、硫掺杂黑色二氧化钛/石墨相氮化碳复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种氮、硫掺杂黑色二氧化钛/石墨相氮化碳复合光催化剂及其制备方法和应用，属于半导体光催化剂技术领域。本发明提供的制备方法，包括以下步骤：将黑色二氧化钛、石墨相氮化碳、硫脲、N,N‑二甲基甲酰胺溶液和乙醇溶液混合，进行水热反应，得到氮、硫掺杂黑色二氧化钛/石墨相氮化碳复合光催化剂。本发明提供的制备方法制得的复合光催化剂光生电子‑空穴的复合速率慢，光子的利用率高，光生电子‑空穴对的产生与分离效率快，具有良好的光催化活性。

技术领域

本发明属于半导体光催化剂技术领域，尤其涉及一种氮、硫掺杂黑色二氧化钛/石墨相氮化碳复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

作为从早期发展至今的典型半导体光催化剂，二氧化钛(TiO₂)具有相对优良的光催化性能，且它价格低廉、容易制备、对环境无毒无害、同时具有化学性能稳定的优点，所以在传统光催化领域广受应用。然而在实际应用中，纯相二氧化钛自身带隙较大(～3.2eV)、其量子效应不高、光谱响应范围窄，只能被紫外光激发的缺点对其应用有一定限制。因此，人们通过掺杂非金属元素和与其他半导体复合的方法对二氧化钛进行改性，以降低其带隙能、增加催化剂对污染物的吸附能力、减少内部光生电子-空穴的复合、提高了材料对太阳光的利用率，使得二氧化钛的催化性能得到了提升。

近几年在光催化领域中，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其具有无毒、成本低廉、对环境友好且化学性能稳定等优点，也被广泛应用于光催化领域。g-C₃N₄作为半导体聚合物材料，具有类石墨层状结构以及独特的电子结构，有热稳定性好、机械性能强、耐酸碱等优点，被广泛应用在光催化等领域中。但是，g-C₃N₄结构中的π-π共扼电子结构导致其光生电子-空穴的复合速率快，具有较强的荧光效应，且太阳能利用效率较低，限制了g-C₃N₄作为光催化材料的发展和应用。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种氮、硫掺杂黑色二氧化钛/石墨相氮化碳复合光催化剂及其制备方法和应用。本发明制得的复合光催化剂的光生电子-空穴的复合速率慢，光子的利用率高，光生电子-空穴对的产生与分离效率快，具有良好的光催化活性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种氮、硫掺杂黑色二氧化钛/石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将黑色二氧化钛、石墨相氮化碳、硫脲、N,N-二甲基甲酰胺溶液和乙醇溶液混合，进行水热反应，得到氮、硫掺杂黑色二氧化钛/石墨相氮化碳复合光催化剂。

优选地，所述黑色二氧化钛由包括以下步骤制备得到：

在保护气氛下，将二氧化钛和硼氢化钠混合，进行还原反应，得到黑色二氧化钛。

优选地，所述二氧化钛和硼氢化钠的质量比为1:1～4:1。

优选地，所述还原反应的温度为200～500℃，时间为1～3h。

优选地，所述黑色二氧化钛、石墨相氮化碳、硫脲和N,N-二甲基甲酰胺溶液中质量比为(30～80)：15：48：8。

优选地，所述水热反应的温度为120～200℃，时间为8～12h。

优选地，所述石墨相氮化碳由包括以下步骤的方法制备得到：

将三聚氰胺进行煅烧，得到石墨相氮化碳。

优选地，所述煅烧依次包括第一煅烧和第二煅烧；

所述第一煅烧的温度和第二煅烧的温度独立地为500～550℃，保温时间独立地为2～4h，升温至所述第一煅烧的温度和第二煅烧的温度的升温速率独立地为2.5～5℃/min。