本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光催化材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，能源危機(jī)和環(huán)境污染已成為全球性尖銳問題。半導(dǎo)體催化劑能夠有效地將太陽能轉(zhuǎn)化為清潔能源并且降解有機(jī)污染物，從而緩解能源危機(jī)和減少環(huán)境污染，被廣泛重視。非金屬有機(jī)聚合物石墨相g-c3n4材料具有廉價(jià)易得，很好的化學(xué)及熱穩(wěn)定性，合適的能帶結(jié)構(gòu)，可見光響應(yīng)等性質(zhì)，在光解水制氫，有機(jī)物合成和污染物降解領(lǐng)域有潛在應(yīng)用，能夠很好的實(shí)現(xiàn)太陽能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化。光催化材料技術(shù)的目的是制備成本低廉，高效穩(wěn)定的催化劑。然而，純g-c3n4仍在高效性及穩(wěn)定性上存在不足，如對(duì)可見光利用效率低；光生電子空穴對(duì)容易復(fù)合，較低的量子效率；抗光腐蝕性差，催化穩(wěn)定性不好。為了滿足光催化技術(shù)的要求，需對(duì)g-c3n4改性處理，提高其光催化活性及穩(wěn)定性。

tio2作為半導(dǎo)體催化材料，同g-c3n4一樣具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)，成本低，無毒，對(duì)環(huán)境友好等。但是，tio2的帶隙寬，只能吸收紫外光能量，同時(shí)光生電子空穴對(duì)復(fù)合速度快，量子效率偏低，不利于tio2催化劑實(shí)用化和工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高催化活性、高穩(wěn)定性、能工業(yè)化應(yīng)用的碳摻雜修飾石墨相氮化碳光催化劑及其制備方法。本發(fā)明主要是在空氣氣氛下熱處理tic和尿素的混合物，合成有少量c-tio2復(fù)合g-c3n4材料，使其能有效利用太陽光能，同時(shí)提高光解水制氫效率。

本發(fā)明的碳摻雜修飾石墨相氮化碳光催化劑的化學(xué)成分質(zhì)量百分比(wt％)為:c-tio2為0.1-0.8，其余為g-c3n4，c-tio2/g-c3n4材料形貌為c-tio2納米顆粒分布在層狀g-c3n4表面或者插入到g-c3n4層間。

上述碳摻雜修飾石墨相氮化碳光催化劑的制備方法：

(1)按取每30g尿素加入0.5-6mg碳化鈦的比例，將尿素和碳化鈦置于瑪瑙研缽中，充分研磨、攪動(dòng)、混合10min；

(2)將混合均勻的尿素和碳化鈦混合物裝入容器中，然后放到馬弗爐里進(jìn)行熱處理，其升溫程序?yàn)椋簭氖覝匾?-30℃/min的升溫速率，升到500-600℃，并保溫1-2h，隨后隨爐冷卻，整個(gè)熱處理過程均在空氣氣氛下進(jìn)行；

(3)將得到的復(fù)合材料倒入瑪瑙研缽中，充分研磨成粒徑為2-10μm的物質(zhì)，制得c-tio2/g-c3n4光催化劑。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、制備方法簡單，有利于實(shí)際應(yīng)用和工業(yè)化生產(chǎn)。

2、制備的c-tio2/g-c3n4光催化劑保留了純的g-c3n4和tio2的諸多優(yōu)點(diǎn)，即成本低廉，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒，環(huán)境友好等。

3、該光催化劑可應(yīng)用于光解水制氫和環(huán)境污染物降解，其五小時(shí)光催化產(chǎn)氫量可達(dá)5.728mmol/g，相比純的g-c3n4和tio2分別為2.278mmol/g、0.010mmol/g，均比單相g-c3n4和tio2高。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制得的c-tio2/g-c3n4光催化劑的x射線粉末衍射圖(xrd)；

圖2為實(shí)施例1制得的c-tio2/g-c3n4光催化劑的透射電子顯微鏡圖(tem)；

圖3為實(shí)施例1、2、4所得的c-tio2/g-c3n4復(fù)合材料及純g-c3n4和tio2的光解水制氫圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

取30g尿素(天津市凱通化學(xué)試劑有限公司)和1mg碳化鈦(三河市海特科技有限公司，40nm)置于瑪瑙研缽中，充分研磨、攪動(dòng)、混合10min；將混合均勻的尿素和碳化鈦混合物裝入剛玉瓷方舟中，然后放到馬弗爐里進(jìn)行熱處理，其升溫程序?yàn)椋簭氖覝匾?℃/min的升溫速率升到500℃，并保溫2h，隨后隨爐冷卻，整個(gè)熱處理過程均在空氣氣氛下進(jìn)行。將得到的復(fù)合材料倒入瑪瑙研缽中，充分研磨成粒徑為2-10μm的物質(zhì)，制得c-tio2/g-c3n4光催化劑。

c-tio2/g-c3n4復(fù)合材料光催化性能測試，其條件為：300w氙燈作為光源，催化劑用量為50mg，80ml三乙醇胺水溶液，三乙醇胺占10vol.％，其五小時(shí)產(chǎn)氫量達(dá)到了5.8mmol/g，相比純的g-c3n4和tio2分別為2.2mmol/g、0.01mmol/g。

實(shí)施例2

取30g尿素(天津市凱通化學(xué)試劑有限公司)和0.5mg碳化鈦(三河市海特科技有限公司，40nm)置于瑪瑙研缽中，充分研磨、攪動(dòng)、混合10min；將混合均勻的尿素和碳化鈦混合物裝入剛玉瓷方舟中，然后放到馬弗爐里進(jìn)行熱處理，其升溫程序?yàn)椋簭氖覝匾?0℃/min的升溫速率升到500℃，并保溫1h，隨后隨爐冷卻，整個(gè)熱處理過程均在空氣氣氛下進(jìn)行。將得到的復(fù)合材料倒入瑪瑙研缽中，充分研磨成粒徑為2-10μm的物質(zhì)，制得c-tio2/g-c3n4光催化劑。

c-tio2/g-c3n4復(fù)合材料光催化性能測試，其條件為：300w氙燈作為光源，催化劑用量為50mg，80ml三乙醇胺水溶液，三乙醇胺占10vol.％。其五小時(shí)產(chǎn)氫量達(dá)到了3.5mmol/g，相比純的g-c3n4和tio2分別為2.2mmol/g、0.01mmol/g。

實(shí)施例3

取30g尿素(天津市凱通化學(xué)試劑有限公司)和2mg碳化鈦(三河市海特科技有限公司，40nm)置于瑪瑙研缽中，充分研磨、攪動(dòng)、混合10min。將混合均勻的尿素和碳化鈦混合物裝入剛玉瓷方舟中，然后放到馬弗爐里進(jìn)行熱處理。其升溫程序?yàn)椋簭氖覝匾?0℃/min的升溫速率升到550℃，并保溫2h，隨后隨爐冷卻，整個(gè)熱處理過程均在空氣氣氛下進(jìn)行。將得到的復(fù)合材料倒入瑪瑙研缽中，充分研磨成粒徑為2-10μm的物質(zhì)，制得c-tio2/g-c3n4光催化劑。

實(shí)施例4

取30g尿素(天津市凱通化學(xué)試劑有限公司)和4mg碳化鈦(三河市海特科技有限公司，40nm)置于瑪瑙研缽中，充分研磨、攪動(dòng)、混合10min。將混合均勻的尿素和碳化鈦混合物裝入剛玉瓷方舟中，然后放到馬弗爐里進(jìn)行熱處理。其升溫程序?yàn)椋簭氖覝匾?0℃/min的升溫速率升到600℃，并保溫2h，隨后隨爐冷卻，整個(gè)熱處理過程均在空氣氣氛下進(jìn)行。將得到的復(fù)合材料倒入瑪瑙研缽中，充分研磨成粒徑為2-10μm的物質(zhì)，制得c-tio2/g-c3n4光催化劑。

c-tio2/g-c3n4復(fù)合材料光催化性能測試，其條件為：300w氙燈作為光源，催化劑用量為50mg，80ml三乙醇胺水溶液，三乙醇胺占10vol.％。其五小時(shí)產(chǎn)氫量達(dá)到了4.2mmol/g，相比純的g-c3n4和tio2分別為2.2mmol/g、0.01mmol/g。

實(shí)施例5

取30g尿素(天津市凱通化學(xué)試劑有限公司)和6mg碳化鈦(三河市海特科技有限公司，40nm)置于瑪瑙研缽中，充分研磨、攪動(dòng)、混合10min。將混合均勻的尿素和碳化鈦混合物裝入剛玉瓷方舟中，然后放到馬弗爐里進(jìn)行熱處理。其升溫程序?yàn)椋簭氖覝匾?0℃/min的升溫速率升到600℃，并保溫2h，隨后隨爐冷卻，整個(gè)熱處理過程均在空氣氣氛下進(jìn)行。將得到的復(fù)合材料倒入瑪瑙研缽中，充分研磨成粒徑為2-10μm的物質(zhì)，制得c-tio2/g-c3n4光催化劑。