[發(fā)明專利]一種光催化劑Zn?g?C3N4及其制備和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710860281.1
• 申請(qǐng)日: 2017-09-21
• 公開（公告）號(hào): CN107684922A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李慧泉;崔玉民;白翠冰;師瑞娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 阜陽師范學(xué)院
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;B01J31/26;B01J37/08;C02F1/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 北京康思博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11426
• 代理人: 路永斌,劉冬梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化材料領(lǐng)域，涉及一種治理染料廢水污染的復(fù)合光催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

g-C₃N₄以其光催化活性較高、穩(wěn)定性好、原料價(jià)格便宜、尤其是不含金屬這一突出優(yōu)點(diǎn)，使它成為一種新型的光催化材料，然而，單一相催化劑通常因量子效率低而使其光催化性能表現(xiàn)不夠理想。因g-C₃N₄材料光生電子-空穴復(fù)合率較高，導(dǎo)致其催化效率較低，從而限制了它在光催化方面的應(yīng)用。

為了提高g-C₃N₄的催化活性，最近幾年來，人們研究了很多改性方法。對(duì)g-C₃N₄進(jìn)行改性的非金屬元素包括S、N、C、B、F、P等，一般認(rèn)為這些非金屬元素取代了3-s-三嗪結(jié)構(gòu)單元中的C、N、H元素，從而形成g-C₃N₄晶格缺陷使得光生電子-空穴對(duì)得到有效分離，有效提高其光催化性能。

Zhang等將雙氰胺與BmimPF6(離子液體)混合，經(jīng)過高溫煅燒后得到P摻雜g-C₃N₄催化劑，經(jīng)XPS分析表明P元素取代了結(jié)構(gòu)單元中C，少量P摻雜雖然不能改變g-C₃N₄的結(jié)構(gòu)，但是，其明顯改變了g-C₃N₄的電子結(jié)構(gòu)，光生電流也明顯高于沒摻雜g-C₃N₄。

Yan等采用加熱分解三聚氰胺與氧化硼的混合物制備了B摻雜g-C₃N₄，經(jīng)過XPS光譜分析表明B取代了g-C₃N₄結(jié)構(gòu)中的H，光催化降解染料研究表明B摻雜同時(shí)提高了催化劑對(duì)光的吸收，因此，羅丹明B光催化降解效率也得到提高。

Liu等將g-C₃N₄在H₂S氣氛里于450℃煅燒制備了具有獨(dú)特電子結(jié)構(gòu)S元素?fù)诫sg-C₃N₄的CNS催化劑，XPS分析顯示S取代了g-C₃N₄結(jié)構(gòu)中N。當(dāng)λ＞300及420nm時(shí)S摻雜g-C₃N₄光催化分解水產(chǎn)氫催化效率分別比單一g-C₃N₄提高7.2和8.0倍。

Wang等報(bào)道了B、F摻雜g-C₃N₄研究，他們用NH₄F作為F源與DCDA制得F元素?fù)诫sg-C₃N₄催化劑(CNF)。其研究結(jié)果表明F元素已摻入g-C₃N₄的骨架中，形成了C-F鍵，使其中一部分sp²C轉(zhuǎn)化為sp³C，從而導(dǎo)致g-C₃N₄平面結(jié)構(gòu)不規(guī)整。另外，隨著F元素?fù)诫s數(shù)量增多，CNF在可見光區(qū)域內(nèi)的吸收范圍也隨之?dāng)U大，而其對(duì)應(yīng)的帶隙能由2.69eV降到2.63eV。后來，他們又用BH₃NH₃作為硼源制備B元素?fù)诫s的g-C₃N₄催化劑(CNB)，對(duì)其表征發(fā)現(xiàn)B元素?fù)饺肴〈薵-C₃N₄結(jié)構(gòu)單元中的C元素。Lin等采用四苯硼鈉作為B源，在摻入B的同時(shí)，又因苯離去基團(tuán)的作用使得g-C₃N₄形成薄層結(jié)構(gòu)，其層的厚度為2～5nm，降低了光生電子到達(dá)催化劑表面所需要消耗的能量，因此提高光催化效率。

金屬元素?fù)诫s也是改變g-C₃N₄電子能帶結(jié)構(gòu)的重要手段。