[发明专利]一种负载金属粒子的石墨相氮化碳(M/g-C3

说明书

本发明公开了一种负载金属粒子的石墨相氮化碳(M/g‑C₃N₄)三维支架及其制备方法和应用，属于光催化领域。M/g‑C₃N₄三维支架由石墨相碳化氮(g‑C₃N₄)三维支架和负载于其表面的金属粒子(M)构成。在制备的氨基树脂三维支架上沉积金属(M)，高温热聚合后制得M/g‑C₃N₄三维支架。本发明利用金属(M)的等离子体共振效应拓宽了M/g‑C₃N₄三维支架可见光的吸收范围，互连开放框架最大限度利用入射光子，增强光生载流子的分离效率，显著提高了M/g‑C₃N₄三维支架的光催化性能。M/g‑C₃N₄三维支架可用于二氧化碳还原、光分解制氢、降解有机污染物等光催化领域。

技术领域

本发明涉及一种金属半导体光催化三维支架材料，尤其涉及一种负载金属粒子的石墨相氮化碳(M/g-C₃N₄)三维支架及其制备方法和应用。

背景技术

光催化是一个多学科交叉的新兴研究领域，光催化材料是其核心，因为光催化材料能在温和条件下实现太阳能向化学能的转化。在光照条件下，光催化材料产生电子和空穴，电子具有强还原能力，空穴具有强氧化能力，因而发生氧化还原反应。光催化材料在二氧化碳还原、光分解制氢、降解有机污染物等方面具有巨大的应用价值。例如光催化氧化法是一种以太阳能为驱动的绿环保、可持续发展的有机物污染降解技术，具有节能、高效、操作简单、无二次污染、反应条件不苛刻、污染物降解彻底等优点，被认为是降解印染废水中有机污染物最经济、最有效的方法。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种非金属N型半导体光催化材料，具有良好的化学稳定性、独特的二维层状结构、光催化性能易于调控、原材料成本低、易合成。传统的光催化材料(如TiO₂)只吸收太阳光中的紫外光，而紫外光能量仅占太阳光谱总能量的4％，能量利用率有限。但可见光能量却占太阳光能的45％，g-C₃N₄恰好具有优异的可见光响应特性，其结构中C和N原子以sp2杂化形成高度离域的π共轭系，禁带宽度约为2.7eV，吸收边约为460nm，理论上g-C₃N₄的能量利用率高。但常规的颗粒状和块状g-C₃N₄比表面面积较小、光生载流子(电子和空穴)复合过快、可见光吸收范围窄、量子效率低等不足，其光催化性能受到限制。