[发明专利]一种异质结复合光催化材料及其制备方法

说明书

本发公开了一种异质结复合光催化材料及其制备方法，通过以新型半导体Ce(OH)CO₃作为g‑C₃N₄异质结半导体，构建Z型机制的Ce(OH)CO₃/g‑C₃N₄异质结复合光催化材料，能够大大增强载流子分离效率和氧化还原能力，提高g‑C₃N₄光催化降解有机染料废水催化性能，该制备方法适用性广、易于控制、过程重复性好、操作安全可靠。通过本发明的制备方法所制得的Ce(OH)CO₃/g‑C₃N₄异质结复合光催化材料对于光催化甲基橙降解表现出较高的活性和稳定性，标准测试条件下40分钟即可使甲基橙降解完全，在经循环3次后材料的光催化活性没有下降。

技术领域

本发明属于异质结复合光催化材料制备技术领域，具体涉及一种异质结复合光催化材料及其制备方法。

背景技术

工业化在给人类生活提供丰富产品的同时也造成了严重的环境污染。印染、电镀和食品药品等行业每年排放大量的有机废水，严重污染人来赖以生存的水体资源。目前有机废水的处理方法主要有物理吸附发法、化学氧化法、膜过滤法和光催化法等。其中，光催化氧化技术因具有矿化绝大多数有机染料，减少二次污染和使用清洁能源太阳能为驱动力等优点，是最具前景的水污染处理技术。光催化氧化技术主要利用半导体在光照条件下激发的载流子与O₂和H₂O生成强氧化性自由基，氧化矿化有机染料。

同时，应用于光催化降解有机染料的半导体主要有TiO₂、ZnO、CdS和g-C₃N₄等，其中石墨化g-C₃N₄片层材料具有制备过程简单、成本较低、化学稳定性好、能带结构匹配等优点，是较为理想的可见光催化材料。g-C₃N₄平面内以“Melem”单元通过N原子连接而成，层间通过范德华力结合，层间距离为0.33nm。g-C₃N₄带隙约为2.7eV，其导带和价带位置分别为-1.3V和1.4V，其产生的光生载流子复合的氧化性自由基具有较强的氧化能力，将有机染料降解矿化。然而，纯相的g-C₃N₄存在可见光吸收较弱和光生电子空穴复合较快等缺点，对于有机染料降解其性能依然较低，离实用化尚远。

为了提高g-C₃N₄光催化有机染料的降解性能，主要途径有杂原子掺杂、缺陷引入和异质结构建等。其中，通过复合第二组分半导体构建异质结，不仅可以增加其可见光吸收性能，同时异质结内建电场可以大大提高光生载流子分离效率。然而，作为丰度最大的稀土氧化物CeO₂，不仅具有较窄的带隙，同时表面具有丰富的氧缺陷吸附反应分子。然而，CeO₂/g-C₃N₄体系的能带匹配属于II型异质结体系，异质结虽然提高了电子空穴分离能力，但是同时导致分离的载流子能量和氧化还原能力降低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种异质结复合光催化材料及其制备方法，以新型半导体Ce(OH)CO₃作为g-C₃N₄异质结半导体，构建Z型机制Ce(OH)CO₃/g-C₃N₄异质结复合光催化材料，能够大大增强载流子分离效率和氧化还原能力，提高g-C₃N₄光催化降解有机染料废水催化性能。

为了克服上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种异质结复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：