一种Cu2O‑TiO2/g‑C3N4三元复合物及其制备和应用方法技术

本发明专利技术公开了一种Cu2O‑TiO2/g‑C3N4三元复合物及其制备和应用方法，其制备方法为：先把尿素和TiO2通过简单的物理混合加水蒸干后煅烧得到TiO2/g‑C3N4的二元复合物，然后通过沉淀和还原过程制备得到Cu2O‑TiO2/g‑C3N4三元复合物；该制备方法简单、成本低，有利于工业化生产；所制备的三元复合物作为可见光催化剂在可见光区有较高的催化活性，且催化效率高，可瞬间降解溶液中多种有机污染物，也可作为可见光光催化剂应用于光解水制氢气以及空气中挥发性有机污染物的降解等，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可见光响应的Cu2O-Tioyg-C 3N4三元复合物及其制备和应用方 法，属于光催化

技术介绍
太阳能作为一种丰富的可再生的清洁能源，其有效利用被认为是解决当今世界范 围内日趋严重的能源短缺、环境污染和温室效应的三大难题最有潜力的方式之一。而太阳 能有效利用的关键是能否获得性能优良的光能转换材料。 近二十年来，通过光催化技术解决环境污染的问题引起了人们广泛的关注。纳 米η型半导体材料110 2以其无毒、价廉、良好的光催化活性和稳定性等优点而成为当前 最具有应用潜力的光催化剂，也是目前研究得最多的光催化剂。然而，TiO 2的禁带宽度为 3. 0 - 3. 2eV，只吸收太阳光中的紫外光部分，但这仅占太阳光光能的4%左右。此外，纳米 TiO2的光生电子一空穴对易于复合以及单一的TiO 2难以同时适合于多种光催化材料的应 用等缺陷都极大地影响了其性能的发挥。 将1102与窄禁带半导体进行复合是扩展其可见光响应范围、抑制光生电子一空 穴对的复合、提高其稳定性的一种有效手段。Cu 2O是一种p型半导体材料，禁带宽度仅为 2. OeV，由于无毒、价廉等优点作为可见光响应的光催化材料在太阳能光解水制氢气和太阳 能光催化降解有机污染物方面具有潜在的应用价值。但纯的Cu 2O内部光生载流子的复合 速率高，光量子效率低，且光蚀较严重。类石墨相氮化碳g_C3N 4是一种具有类石墨烯结构的 二维片层状聚合物半导体材料，禁带宽度约为2. 7eV，能吸收太阳光中波长小于470nm的紫 外一可见光，并且制备简单，成本低廉，稳定性高，但作为光催化剂存在光生载流子复合严 重、氧化能力弱、传质作用差等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有可见光响应的高催化活性的Cu2O-TiO2ZVC 3N4三元 复合物。 本专利技术的第二个目的在于提供一种低成本、操作简单、快速制备Cu20-Ti0 2/g-C3N4 三元复合物的方法。 本专利技术的第三个目的在于提供一种Cu2O-TiO2ZVC 3N4三元复合物的应用。 -种Cu20-Ti02/g-C3N 4三元复合物，所述的复合物是由立方相Cu 20和锐钛矿金红 石混合相1102负载在类石墨相氮化碳g-C3N 4上复合而成；所述的复合物中Cu20、1102和 g_C3N4的质量百分比的范围分别为10% _70%、10% -60%和10% -60%。 所述的复合物中Cu20、1102和g_C3N 4的优选质量百分比的范围分别为30% -50%、20% -40%和 20% -40%。 所述的Cu2O-TiO2ZVC3N 4三元复合物的制备方法，包括以下制备步骤： (l)Ti02/g-C3N4二元复合物的制备：把TiO 2和尿素物理混合后加入少量去离子水， 混匀分散，然后将水分蒸发至干，完全干燥后取出研磨成粉末，升温煅烧，得到Ti02/g-C3N 4 二元复合物； (2)Cu20-Ti02/g-C3N 4三元复合物的制备：将Cu(Ac) 2 · H2O溶于乙醇中，搅拌，加入 步骤（1)制备的Ti02/g-C3N 4二元复合物，并继续搅拌，再缓慢滴加葡萄糖水溶液，搅拌后， 缓慢滴加 NaOH溶液，升高温度继续搅拌，离心分离，用去离子水和乙醇洗涤，最后干燥，得 到所述的Cu20-Ti0 2/g-C3N4三元复合物。 步骤（1)中1102和尿素物理混合后加入少量去离子水，通过超声处理使其尽量分 散，然后在30 - 100°C的水浴条件下将水分蒸发至干；放入30 - 100°C的真空干燥箱中干燥 8 - 12h〇 步骤⑴中将混合物完全干燥后取出研磨成粉末，在马弗炉中于2 - 10°C /min的 升温速度下经490 - 580°C煅烧0. 5 - 4h，得到Ti02/g-C3N4二元复合物。 步骤（2)中将Cu(Ac)2 · H2O溶于无水乙醇中，搅拌10 - 60min，加入步骤（1)制备 的Ti02/g-C3N4二元复合物，超声处理并继续搅拌I - 4h，再缓慢滴加葡萄糖水溶液，葡萄糖 的加入量相对于Cu (Ac) 2 · H2O的物质的量比为2 - 4:1，搅拌10 - 60min后，缓慢滴加 NaOH 溶液，NaOH的加入量相对于Cu (Ac) 2 · H2O的物质的量比为10 - 12:1，温度升高到50 - 70°C 继续搅拌10 - 40min，离心分离，用去离子水和无水乙醇洗涤，最后于30 - 70°C真空干燥 18 - 30h得到所述的Cu20-Ti02/g-C3N4三元复合物。 所述的NaOH溶液中的溶剂为乙醇和水的混合溶剂；乙醇和水的体积比为 8 - 6:4 - 6〇 所述的Cu20-Ti02/g-C3N 4三元复合物的应用方法，将所述的Cu 20-Ti02/g-C3N4三元 复合物用作有机污染物降解的可见光光催化剂。 所适用的可见光的波长范围是400 - 750nm。 所述的Cu20-Ti02/g-C3N 4三元复合物还作为可见光光催化剂应用于光解水制氢气 或空气中挥发性有机污染物的光降解。 本专利技术制备方法简单、成本低，有利于工业化生产；所制备的三元复合物作为可 见光催化剂在可见光区有较高的催化活性，且催化效率高，可瞬间降解溶液中多种有机污 染物，也可作为可见光光催化剂应用于光解水制氢气以及空气中挥发性有机污染物的降解 等，具有很好的应用前景。【附图说明】 图1为实施例1的催化剂的XRD图，表明所制备的催化剂由锐钛矿TiO2、晶红石 TiO2和立方相的Cu 20组成，未检测到g-C3N4的特征峰是由于其复合后成晶效果差且峰强度 小； 图2为实施例1的催化剂的TEM图，表明10 - 40nm的1102和Cu 20颗粒堆积在 g_C3N4的片层上； 图3为实施例1和对比例1 - 6中催化剂的可见光催化降解罗丹明B的光催化活 性图。【具体实施方式】 下面用实施例更详细地描述本专利技术，但并不限制本专利技术的范围。 实施例1 40% Cu20-30% Ti02/30% g-C3N4的制备： 称取IOg尿素并加入IOmL去离子水，待溶解后称取0. 44g TiO2 (20 - 30nm， Degussa产品，由80%锐钛矿和20%金红石型TiO2组成）加入其中，超声30min。然后在 60°C的水浴条件下蒸干水分，放入60°C的真空干燥箱中干燥10h。研磨成粉末后放入50mL 瓷坩埚中，在马弗炉中于5°C /min的升温速度下经530°C煅烧2h，得到Ti02/g-C3N4二元复 合物。 将0.3328g &1仏(：)2.!120溶于5〇1^无水乙醇中，搅拌3〇1^11，加入以上制备的 0. 18g Ti02/g-C3N4二元复合物，超声30min，再缓慢滴加50mL含0. 9g葡萄糖的水溶液，搅拌 30min。在40min内缓慢升温至40°C并滴加60mL含0. 72g NaOH的溶液（溶剂为35mL乙醇 和25mL水），温度升高到60°C搅拌反应至溶液为砖红色后继续反应lOmin。离心分离，用 无水乙醇洗涤2次，再用去离子水洗涤2次，最后于60°C真空干燥12h得到40% Cu20-30% Ti02/30% g-C3N4三元复合光催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cu2O‑TiO2/g‑C3N4三元复合物，其特征在于，所述的复合物是由立方相Cu2O和锐钛矿金红石混合相TiO2负载在类石墨相氮化碳g‑C3N4上复合而成；所述的复合物中Cu2O、TiO2和g‑C3N4的质量百分比的范围分别为10％–70％、10％–60％和10％–60％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱东，王喜鹏，李亚萍，闵紫嫣，邓渺，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43