[发明专利]一种聚吡咯/二氧化钛/石墨相氮化碳三元复合光催化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚吡咯/二氧化钛/石墨相氮化碳三元复合光催化材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。包括如下步骤：将氮化碳粉末加入浓硫酸中，磁力搅拌，制备剥离的石墨相氮化碳纳米片；离心洗涤后收集，干燥；将得到的石墨相氮化碳纳米片配置成悬浮水溶液；在冰水浴的环境中，将二氧化钛先分散于水中，加入吡咯单体，加入氧化剂；后加入石墨相氮化碳纳米片悬浮水溶液，利用原位聚合法制备聚吡咯/二氧化钛/石墨相氮化碳三元复合光催化材料；洗涤后过滤收集，真空干燥。本发明有益效果为：操作简单，成本低廉。该项技术的发明，即聚吡咯/二氧化钛/石墨相氮化碳三元复合光催化材料，作为光催化材料在污水处理等方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种制备聚吡咯/二氧化钛/石墨相氮化碳（PPy/TiO₂ / C₃N₄）三元复合光催化材料及其制备方法。

背景技术

全球环境问题持续恶化，环境污染是21世纪人类面临的急需解决的全球性问题，光催化反应可直接用自然资源太阳能作为光源来促进反应，光催化材料因为具备这种独特性能而成为一种理想的治理材料。为了有效的处理些水中的各种有害污染物，光催化材料一直成为研究热点，其应用前景十分广阔，研究者们致力于开发光催化性能更优且尽可能可以多次使用的复合光催化材料。

但在发展应用中还需克服许多问题，例如光降解材料的成本很高，且生产批量较小，我们需要在控制原料成本的同时保证光催化性能不损失，这需要很大的改进

TiO₂具有高催化效率、强氧化性、性价比高等众多优点成为现阶段研究和应用最广泛的光催化剂，但TiO₂也有局限性，比如纯TiO₂带隙能约为3.2eV，不能吸收紫外区以外的光能，很大程度上限制了对自然太阳光的利用；另外，由于TiO₂强氧化还原性基团的存在，跃迁后形成的电子-空穴对复合的可能性很大，会降低催化能力。

石墨相氮化碳是石墨相的C₃N₄，由C、N元素组成，带隙约为2.7eV，因其稳定性好，结构与性能易控制而常被用作光催化降解材料，但是石墨相氮化碳作为光催化剂不利于光生电子-空穴对的快速迁移和高效分离，导致光催化效率偏低，且石墨相氮化碳的可见光吸收主要集中在蓝紫光，对可见光的利用有限，因此限制了石墨相氮化碳作为光催化剂的应用。

发明内容

发明目的：

为解决上述技术问题，本发明基于导电聚合物材料得到了聚吡咯/二氧化钛/石墨相氮化碳三元复合光催化材料。其中二氧化钛被聚吡咯包覆后可降低自身的禁带宽度，使聚吡咯/二氧化钛/石墨相氮化碳纳米片三元复合材料可吸收波长范围扩宽到可见光区。同时聚吡咯/二氧化钛/石墨相氮化碳纳米片三元复合更有利于让光生载流子从一个半导体的能级迁移，减少空穴之间的复合率，使得电子-空穴对高效分离，从而提高光催化性能。

技术方案：

本发明公开了一种制备聚吡咯/二氧化钛/石墨相氮化碳（PPy/TiO₂ / C₃N₄）三元复合光催化材料的制备方法，其包括如下步骤：

1) 将氮化碳加入浓硫酸中，磁力搅拌4-24小时，制备二维层状石墨相氮化碳纳米片，其中硫酸浓度为98%。离心洗涤后收集，80^oC真空干燥，得到石墨相氮化碳纳米片。

2）将装置放在冰水浴中，将二氧化钛去离子水悬浮溶液加入反应容器中，并利用原位化学氧化聚合法制备聚吡咯包覆二氧化钛纳米微球，反应时间为5min-1h，二氧化钛与吡咯单体的质量比为0.05-1.0；

3）冰水浴中，在所述步骤2）溶液中采用原位化学氧化聚合法加入石墨相氮化碳悬浮水溶液，其浓度为0.1-100mg/ml，石墨相氮化碳纳米片与吡咯单体的质量比0.05-1.0，二氧化钛与石墨相氮化碳的摩尔比为0.1-10，反应时间为2h-8h。