CN109046432A - 介孔氮化碳的制备方法、N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法 - Google Patents

介孔氮化碳的制备方法、N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种介孔氮化碳的制备方法、N‑TiO2/g‑C3N4复合光催化剂及其制备方法。本发明提供的N‑TiO2/g‑C3N4复合光催化剂的制备方法，包括步骤：S1、将浓盐酸及钛酸四丁酯充分混合后所得溶液记做A液；S2、将无水乙醇、介孔氮化碳和含氮化合物充分混合后所得溶液记做B液；S3、将所述A液缓慢滴加至B液中搅拌混合后所得溶液记做C液；S4、将所述C液转移到水热釜中，在80℃‑150℃下加热，得白色沉淀；S5、将步骤S4中所得的白色沉淀过滤、洗涤、干燥、焙烧得N‑TiO2/g‑C3N4复合光催化剂。本发明提供的一种具有优异的异质结纳米结构的N‑TiO2/g‑C3N4复合光催化剂，能够响应可见光，同时降低光生电子与空穴的复合，其具有优秀的光催化活性。

Description

介孔氮化碳的制备方法、N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂及其制 备方法
技术领域
本发明涉及光催化材料技术领域，特别涉及一种介孔氮化碳、N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法。
背景技术
在能源与环境友好的当今社会，光催化技术备受关注，但影响光催化技术广泛应用的关键技术是研究开发对太阳光具良好响应，且具有高催化活性的光催化剂。TiO2是传统的光催化剂，具有稳定的化学性能，无毒无害，在光照条件下产生具有强氧化能力的光生空穴能有效得对有机污染物降解的特点，使其迅速成为了研究的热点。然而由于TiO2中光生空穴与电子的复合速度较快，影响其光催化活性，导致其在实际的应用中受到了限制。更重要的是TiO2由于禁带宽度较大，其中锐钛矿相的TiO2为3.2eV，致使其只具备紫外波段的光吸收能力。因此，研究人员采用了诸多方法以提高TiO2的光吸收能力从而提高其光催化活性。其中，非金属元素掺杂就是一种合适的改性手段，而在众多的非金属元素中，N元素的改性效果尤为突出。传统掺N手段主要为气固相法、溶胶凝胶法、溅射法、等离子体处理法和电旋处理法，这些手段工艺复杂，条件较为苛刻，不适用于大规模应用。
TiO2与其他可见光响应催化剂复合，也是一种可以拓宽TiO2对光吸收的有效方法之一。近来，石墨相氮化碳(C3N4)作为一种新型的可见光响应催化剂，成为了可见光催化剂的研究热点。墨相氮化碳是一种廉价，易得不含金属的半导体材料，具有无毒，稳定性高等特点。更重要的是C3N4拥有与TiO2相匹配的能带结构，将之与TiO2复合形成异质结纳米结构材料，能有效地优化其能带位置，有效地降低光生空穴与电子的复合，提高TiO2对光的吸收能力。然而，通过传统焙烧方法得到的C3N4比表面积小，多为块状形貌，难以暴露其活性位点，导致其催化性能被大大地抑制等缺陷不应被忽视。
现有技术公开有一种氧化钼二氧化钛复合纳米光催化剂的制备方法，所述的氧化钼/二氧化钛复合纳米光催化剂为氮化碳上原位复合锰掺杂的氧化钼/二氧化钛纳米片的二维纳米复合材料Mn-MoO3/TiO2g-C3N4，其特征在于，所述的Mn-MoO3/TiO2g-C3N4的制备步骤为：首先，取0.6～1.0mmol钼酸钠和0.8～1.2mmol锰盐加入到5mL钛酸四丁酯中，搅拌过程中，缓慢加入0.5～0.8mL氢氟酸，160～200℃下在反应釜中反应18～24小时，冷却至室温后，用超纯水和无水乙醇离心洗涤三次后，50℃下真空干燥；其次，取150～250mg干燥后的固体与400mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末；然后，将研磨的粉末放入马弗炉中，升温速度为1～3℃/min，在480～560℃下煅烧0.5～5小时；最后，将煅烧后的粉末冷却至室温，即制得Mn-MoO3/TiO2g-C3N4；所述的锰盐选自下列之一：硫酸锰、氯化锰、硝酸锰。但是，通过这种方法得到的C3N4比表面积小，复合材料的接触界面低得到的催化剂的催化性能被大大地抑制，其次所使用的氢氟酸对环境危害大。
现有技术中公开有一种氮化碳-碳掺杂介孔二氧化钛复合光催化剂及其制备方法，向钛酸丁酯乙醇溶液中加入冰醋酸搅拌均匀后，加入CTAB并搅拌，得到混合液A；将冰醋酸、去离子水和无水乙醇混合均匀，得到混合液B；在搅拌下，将混合液B逐滴滴入混合液A中；滴毕，继续搅拌1～12h后，室温陈化形成透明溶胶；将透明溶胶经加热后成为凝胶后，烘干，得到干凝胶；将尿素和干凝胶在450℃～650℃下进行高温煅烧0.5h～8h，得到氮化碳-碳掺杂介孔二氧化钛复合光催化剂。该方法工艺流程简单，无需复杂设备，可重复性高，可行性强，且合成的粉体可以在太阳光下进行污染物处理，所以非常实用，具有很好的工业化前景。但是该方法中氮化碳无法与二氧化钛形成的紧密的接触面，大大削弱了两者的协同作用。
现有技术中公开有一种一步制备高度杂化氮化碳纳米片二氧化钛空心球异质结的方法，在制备过程中，水热碳微球同时作为分散剂和模板剂用于氮化碳纳米片和二氧化钛空心球的构建。所述制备过程包括；(1)分别将水热碳微球和三聚氰胺前驱体通过超声处理均匀分散在乙醇中，然后加入氨水；(2)向上述悬浊液中缓慢滴加钛酸四丁酯前驱体，然后加热搅拌；(3)经离心分离后，所得固体样品分别用乙醇和水各洗涤三次，然后干燥；(4)经煅烧一段时间后最终制得高度杂化氮化碳纳米片/二氧化钛空心球异质结光催化剂产品。但是，该方法一方面氮化碳纳米片的产率以及质量不佳，不具备介孔结构不利于光能的吸收，另一方面无掺杂的二氧化钛的禁带宽度较大，不能更好地与氮化碳能带匹配，形成具有优异异质结结构的复合材料。
现有技术中公开有一种高效超细TiO2纳米颗粒/石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法，以TiCl3为钛源、以石墨相氮化碳纳米片为载体，醇为溶剂，在70-180℃的水热釜中进行水热1-12小时，获得的超细TiO2纳米颗粒均匀地负载在石墨相氮化碳纳米片表面，形成复合光催化剂。但是，该方法采用的为无掺杂的二氧化钛的禁带宽度较大，无法与氮化碳能带匹配，无法形成具有优异异质结结构的复合材料。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种介孔氮化碳的制备方法、N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法。
在第一方面，本发明提供了一种介孔氮化碳的制备方法，包括步骤：
S21、将三聚氰胺、软模板剂和去离子水混合，加热回流搅拌，得白色浊液；
S22、将所述白色浊液和硫酸溶液混合得白色沉淀；
S23、将所述白色沉淀冷却、用去离子水洗涤过滤、干燥后，得白色前驱体；
S24、将所述白色前驱体转移到带盖陶瓷坩埚在马弗炉中，并在620℃-640℃的温度下持续煅烧，研磨后得到介孔氮化碳。
在一些实施例中，所述软模板剂优选为P123(一种三嵌段共聚物，全称为：聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，其分子式为：PEO-PPO-PEO)。
在一些实施例中，所述步骤S24包括将所述白色前驱体转移到带盖陶瓷坩埚在马弗炉中以3℃·min-1的升温速率为条件升温至630℃，并在此温度下持续煅烧，研磨后得到介孔氮化碳。
在第二方面，本发明提供了一种N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂，所述复合光催化剂中的g-C3N4为具有介孔的多孔结构，所述复合光催化剂中N-TiO2为锐钛矿型且具有均一的球形结构，所述N-TiO2嵌在所述g-C3N4的结构中。
在第三方面，本发明提供了一种N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备方法，包括步骤：
S1、将浓盐酸及钛酸四丁酯充分混合后所得溶液记做A液；
S2、将无水乙醇、介孔氮化碳和含氮化合物充分混合后所得溶液记做B液；
S3、将所述A液缓慢滴加至B液中搅拌混合后所得溶液记做C液；
S4、将所述C液转移到水热釜中，在80℃-150℃下加热，得白色沉淀；
S5、将步骤S4中所得的白色沉淀过滤、洗涤、干燥、焙烧得N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂。
在一些实施例中，所述步骤S2中的含氮化合物选自三乙醇胺、尿素或三聚氰胺中的一种或多种。
在一些实施例中，所述含氮化合物与所述四钛酸丁酯的摩尔比为：1-4，所述介孔氮化碳与所述四钛酸丁酯的质量比为；0.25-2。
在一些实施例中，所述步骤S2中的介孔氮化碳通过如权利要求1所述的制备方法制备得到。
在一些实施例中，所述步骤S5中的干燥选自常温干燥、冷冻干燥或真空干燥中的一种。优选地，所述冷冻干燥温度为(-50～-10℃)，所述真空以及常温干燥温度为40℃-80℃。
在一些实施例中，所述步骤S5中的焙烧条件为：升温速率为1-10℃·min-1，焙烧温度为400℃-550℃，焙烧时间为1h-3h。
本发明提供的一种具有优异的异质结纳米结构的N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂，能够响应可见光，同时降低光生电子与空穴的复合，其具有优秀的光催化活性。
附图说明
图1为根据本发明的实施例1中提供的CN、NT-3和CNNT光催化剂的XRD谱图；
图2为根据本发明的实施例1提供的CNNT-0.5的TEM图；
图3为根据本发明的实施例1提供的CNNT-0.5的HRTEM谱图；
图4是根据本发明的实施例1提供的氮气吸脱附等温线图；
图5为根据本发明的实施例1提供的产品的孔径分布图；
图6为根据本发明的实施例1提供的产品的光致发光光谱；
图7为根据本发明的实施例1提供的催化剂对亚甲基蓝的光催化降解图；
图8为图7相应的反应速率常数。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例提供了介孔氮化碳的制备方法、N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法。
在第一方面，本发明提供了一种介孔氮化碳的制备方法，包括步骤：
S21、将三聚氰胺、软模板剂和去离子水混合，加热回流搅拌，得白色浊液；
S22、将所述白色浊液和硫酸溶液混合得白色沉淀；
S23、将所述白色沉淀冷却、用去离子水洗涤过滤、干燥后，得白色前驱体；
S24、将所述白色前驱体转移到带盖陶瓷坩埚在马弗炉中，并在620℃-640℃的温度下持续煅烧，研磨后得到介孔氮化碳。
在一些具体的实施例中，所述软模板剂优选为P123(一种三嵌段共聚物，全称为：聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，其分子式为：PEO-PPO-PEO)。
在具体的实施例中，所述步骤S24包括将所述白色前驱体转移到带盖陶瓷坩埚在马弗炉中以3℃·min-1的升温速率为条件升温至630℃，并在此温度下持续煅烧，研磨后得到介孔氮化碳。
在第二方面，本发明提供了一种N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂，所述复合光催化剂中的g-C3N4为具有介孔的多孔结构，所述复合光催化剂中N-TiO2为锐钛矿型且具有均一的球形结构，所述N-TiO2嵌在所述g-C3N4的结构中。
在第三方面，本发明提供了一种N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备方法，包括步骤：
S1、将浓盐酸及钛酸四丁酯充分混合后所得溶液记做A液；
S2、将无水乙醇、介孔氮化碳和含氮化合物充分混合后所得溶液记做B液；
S3、将所述A液缓慢滴加至B液中搅拌混合后所得溶液记做C液；
S4、将所述C液转移到水热釜中，在80℃-150℃下加热，得白色沉淀；
S5、将步骤S4中所得的白色沉淀过滤、洗涤、干燥、焙烧得N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂。
在具体的实施例中，所述步骤S2中的含氮化合物选自三乙醇胺、尿素或三聚氰胺中的一种或多种。
在具体的实施例中，所述含氮化合物与所述四钛酸丁酯的摩尔比为：1-4，所述介孔氮化碳与所述四钛酸丁酯的质量比为：0.25-2。
在具体的实施例中，所述步骤S2中的介孔氮化碳通过如权利要求1所述的制备方法制备得到。
在具体的实施例中，所述步骤S5中的干燥选自常温干燥、冷冻干燥或真空干燥中的一种。
在具体的实施例中，所述步骤S5中的焙烧条件为：升温速率为1℃·min-1-10℃·min-1，焙烧温度为400℃-550℃，焙烧时间为1h-3h。
为了便于本领域技术人员理解，通过下面给出的本发明的优选的具体实施例可以进一步了解本发明，但它不是对本发明的限定。对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作出的一些非本质的改进与调整，也视为在本发明的保护范围内。
实施例1
介孔氮化碳的制备步骤：
1)将7g三聚氰胺、1gP123(软模板剂)和150mL去离子水加入进250mL圆底烧瓶中，在100℃下加热回流搅拌2h，得到白色浊液；
2)随后，往白色浊液中加入4mL硫酸溶液(浓硫酸与去离子水的体积比1∶1)，得到白色沉淀；
3)待其冷却至室温后，用去离子水洗涤过滤，并在80℃下干燥过夜，得到处理后的白色前驱体；
4)将白色前驱体转移到带盖陶瓷坩埚在马弗炉中以3℃·min-1的升温速率为条件升温至630℃，并在此温度下持续煅烧4h，研磨后得到黄色粉末介孔氮化碳。
N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备步骤：
1)将1g浓盐酸以及一定量的的钛酸四丁酯充分混合，记为A液；
2)将60mL无水乙醇、上述一定量(介孔氮化碳与四钛酸丁酯的质量比为0.25、0.5、1、2)的介孔氮化碳与尿素充分混合，记为B液，其中，尿素与四钛酸丁酯的摩尔比为3∶1；
3)将A液缓慢滴加至A液中并剧烈搅拌10min，之后超声1h并再度搅拌1h；
4)将混合液移入至100mL聚四氟乙烯内胆中，并置于不锈钢外胆内以130℃加热6h，得到沉淀。
5)将所得白色沉淀过滤并用无水乙醇多次洗涤，在80℃条件下干燥过夜。燥过夜。样品以10℃·min-1的升温速率为条件升温至500℃，并在此温度下持续煅烧2h，即可获得浅黄色粉末产物，产物表示为CNNT-0.25、CNNT-0.5、CNNT-1和CNNT-2(数字表示介孔石墨相氮化碳与钛酸四丁酯的质量比)。
对比例1
将4g的三聚氰胺在不经任何处理，直接焙烧(升温速率5℃·min-1，焙烧温度520℃，焙烧时间3h)制备得到的产物记为CN。和实施例1相比，本对比例1在复合催化剂的制备过程中B液不加入介孔氮化碳(尿素与四钛酸丁酯的摩尔比为3∶1)，其余条件同实施例1，制备出掺氮TiO2，记为NT-3。
实施例2
介孔氮化碳的制备步骤：
1)将7g的三聚氰胺、1g的P123(软模板剂)和150mL的去离子水加入进250mL圆底烧瓶中，在100℃下加热回流搅拌2h，得到白色浊液；
2)随后，往白色浊液中加入4mL硫酸溶液(浓硫酸与去离子水的体积比1∶1)，得到白色沉淀；
3)待其冷却至室温后，用去离子水洗涤过滤，并在80℃下干燥过夜，得到处理后的白色前驱体；
4)将白色前驱体转移到带盖陶瓷坩埚在马弗炉中以3℃·min-1的升温速率为条件升温至630℃，并在此温度下持续煅烧4h，研磨后得到黄色粉末。
N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备步骤：
1)将1g浓盐酸以及一定量的的钛酸四丁酯充分混合，记为A液；
2)将60mL无水乙醇、上述一定量(介孔氮化碳与四钛酸丁酯的质量比为0.25、0.5、1、2)的介孔氮化碳与一定量(三乙胺与四钛酸丁酯的摩尔比为3∶1)的三乙胺充分混合，记为B液；
3)将A液缓慢滴加至A液中并剧烈搅拌10min，之后超声1h并再度搅拌1h；
4)将混合液移入至100mL聚四氟乙烯内胆中，并置于不锈钢外胆内以130℃加热6h，得到沉淀。
5)将所得白色沉淀过滤并用无水乙醇多次洗涤，在80℃条件下干燥过夜。燥过夜。样品以10℃·min-1的升温速率为条件升温至500℃，并在此温度下持续煅烧2h，即可获得浅黄色粉末。
实施例3
介孔氮化碳的制备步骤：
1)将7g的三聚氰胺、1g的P123(软模板剂)和150mL的去离子水加入进250mL圆底烧瓶中，在100℃下加热回流搅拌2h，得到白色浊液；
2)随后，往白色浊液中加入4mL硫酸溶液(浓硫酸与去离子水的体积比1∶1)，得到白色沉淀；
3)待其冷却至室温后，用去离子水洗涤过滤，并在80℃下干燥过夜，得到处理后的白色前驱体；
4)将白色前驱体转移到带盖陶瓷坩埚在马弗炉中以3℃·min-1的升温速率为条件升温至630℃，并在此温度下持续煅烧4h，研磨后得到黄色粉末。
N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备步骤：
1)将1g浓盐酸以及一定量的的钛酸四丁酯充分混合，记为A液；
2)将60mL无水乙醇、上述一定量(介孔氮化碳与四钛酸丁酯的质量比为0.25、0.5、1、2)的介孔氮化碳与一定量(与四代酸丁酯的质量比为3∶1)尿素、三乙胺混合液(质量比1∶1)充分混合，记为B液；
3)将A液缓慢滴加至A液中并剧烈搅拌10min，之后超声1h并再度搅拌1h；
4)将混合液移入至100mL聚四氟乙烯内胆中，并置于不锈钢外胆内以130℃加热6h，得到沉淀。
5)将所得白色沉淀过滤并用无水乙醇多次洗涤，在80℃条件下干燥过夜。燥过夜。样品以10℃·min-1的升温速率为条件升温至500℃，并在此温度下持续煅烧2h，即可获得浅黄色粉末。
将实施例1得到样品材料分别进行XRD扫描、TEM扫描、孔径分布测试、比表面积测试和光催化性能测试，固体光致发光光谱(PL)测试方法如下：
XRD扫描
本实验使用PW3040/60型X射线粉末衍射仪(荷兰PANalytical公司)进行表征检测。测试条件如下：Cu Kα射线(λ＝0.15418nm)
如图1所示为根据本发明一实施例中提供的CN、NT-3和CNNT光催化剂的XRD谱图，由图1可知，对于NT-3样品，其XRD谱图对照标准卡片(JCPDS卡号：21-1272)可知：衍射峰2θ＝25.281°，2θ＝37.800°，2θ＝48.049°，2θ＝53.890°，2θ＝55.060°，2θ＝62.688°，2θ＝68.760°，2θ＝70.309°，2θ＝75.029°分别对应锐钛矿型TiO2的(101)，(004)，(200)，(105)，(211)，(204)，(116)，(220)和(215)特征晶面。对于CN样品，其XRD谱图呈现出两个衍射特征峰。其中，位于2θ＝27.5°的强衍射峰对应(002)特征晶面，这是类石墨层状结构的堆积峰；位于2θ＝13.2°的衍射峰对应(100)特征晶面，此为三嗪环的重复结构所致。说明CNNT为CN和N-TiO2共存的复合材料。
TEM扫描
实验使用Tecnai G2 F20 S-TWIN(200KV)场发射透射电子显微镜(美国进行催化剂的显微形貌与组成的观察与分析。
如图2所示为根据本发明的实施例提供的CNNT-0.5的TEM图，由图2可知，图中的黑色颗粒为N-TiO2，其颗粒尺寸约为20nm，灰色区域为g-C3N4(CN)。在CNNT-0.5中，N-TiO2颗粒均匀分散在CN上。如图3所示为根据本发明的实施例提供的CNNT-0.5的HRTEM谱图，结合图3可知，黑色颗粒的晶格条纹间距为0.352和0.233nm分别对应锐钛矿型TiO2的(112)与(101)特征晶面，结合XRD表征分析，说明材料CNNT是由CN和N-TiO2复合而成。
比表面积与孔径分布：
使用ASAP 2020型(美国麦克公司)比表面积与孔隙度吸附仪对光催化剂进行表征分析。
如图4所示为根据本发明的实施例提供的氮气吸脱附等温线图，由图4可知，从CNNT-0.5光催化剂的氮气吸脱附等温线中，可观察到典型的IV型等温线，说明光催化剂具有介孔(2-50nm)结构。不仅如此，在相对压力范围为0.4-0.9处，CNNT-0.5的氮吸附线呈现出典型的H2型滞后环；而相对压力范围为0.9-1.0处，CNNT-0.5的氮吸附线呈现出与H3型滞后环相近的滞后环图形，该结果表明CNNT-0.5表面具有裂缝状的介孔结构。对比CN、NT-3与CNNT-0.5的氮气吸脱附等温线可知，裂缝状的介孔结构主要源于CN。如图5所示为根据本发明的实施例提供的产品的孔径分布图，由图5可知，CNNT-0.5的孔径范围增大，说明复合材料具有大孔结构，这是由CN的二维片层间的堆叠孔所致。此外，因NT-3的负载，复合材料CNNT-0.5具有尺寸大小较为规整的介孔结构。经比表面与孔结构表征可知，CN、NT-3和CNNT-0.5的比表面积分别为79.3m2/g、58.3m2/g和115.2m2/g。说明在CN表面负载NT-3可增加CNNT的比表面积。综上分析，CN与N-TiO2的复合赋予CNNT更多的孔结构与反应活性位点，有利于催化活性的提升。
固体光致发光光谱(PL)
本实验使用Hitachi F-7000 Fluorescence Spectrophotometer进行催化剂的光学性能与电子结构特征表征。
如图6所示为根据本发明的实施例提供的样品的光致发光光谱，在图6中，横坐标为波长，纵坐标为强度。由图6可知，CN呈现出强烈的光致发光效应，其荧光发射峰位于450nm左右，符合紫外可见漫反射光谱的结果。CN的强荧光发射峰为带-带荧光发射现象，与CN的禁带宽度相符。复合材料CNNT-0.5的荧光发射峰为宽峰且强度最弱，CNNT-0.5其光生电子和空穴的复合率最低。
光催化活性：利用有机染料模拟工业废水，使用上述催化剂，进行在可见光范围下的光催化降解反应，发现经氮掺杂以及与氮化碳复合的TiO2活性普遍得到提高，是对比例中的CN与NT-3的2倍。
如图7所示为根据本发明的实施例提供的催化剂对亚甲基蓝的光催化降解图，图8为相应的反应速率常数，光催化速率常数的顺序遵循：
CNNT-0.5＞CNNT-1＞CNNT-0.25＞CNNT-2＞NT-3＞CN。其中，当CN与钛酸四丁酯的质量比为1∶2时3h内可以将1mg亚甲基蓝降解80％以上，其反应速率常数最大(k＝0.8016h-1)，相比CN(k＝0.3395h-1)和NT-3(k＝0.4041h-1)，其反应速率常数分别提高了2.36倍和1.98倍，而其余经过复合后的光催化剂在对亚甲基蓝的降解能均有所提高。说明经氮掺杂以及与氮化碳复合的TiO2，确实具备可见光响应的能力，而且在模拟太阳光下的光催化活性得到了相当大的提高。
同理测试实施例2和实施例3的样品材料，测试结果表明：本发明提供的一种具有优异的异质结纳米结构的N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂，能够响应可见光，同时降低光生电子与空穴的复合，其具有优秀的光催化活性。而对比例1的产品并不具备此效果。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种介孔氮化碳的制备方法，包括步骤：
S21、将三聚氰胺、软模板剂和去离子水混合，加热回流搅拌，得白色浊液；
S22、将所述白色浊液和硫酸溶液混合得白色沉淀；
S23、将所述白色沉淀冷却、用去离子水洗涤过滤、干燥后，得白色前驱体；
S24、将所述白色前驱体转移到带盖陶瓷坩埚在马弗炉中，并在620℃-640℃的温度下持续煅烧，研磨后得到介孔氮化碳。
2.根据权利要求1所述的介孔氮化碳的制备方法，其特征在于，所述步骤S24包括将所述白色前驱体转移到带盖陶瓷坩埚在马弗炉中以3℃·min-1的升温速率为条件升温至630℃，并在此温度下持续煅烧，研磨后得到介孔氮化碳。
3.一种N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂，其特征在于，所述复合光催化剂中的g-C3N4为具有介孔的多孔结构，所述复合光催化剂中N-TiO2为锐钛矿型且具有均一的球形结构，所述N-TiO2嵌在所述g-C3N4的结构中。
4.一种N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1、将浓盐酸及钛酸四丁酯充分混合后所得溶液记做A液；
S2、将无水乙醇、介孔氮化碳和含氮化合物充分混合后所得溶液记做B液；
S3、将所述A液缓慢滴加至B液中搅拌混合后所得溶液记做C液；
S4、将所述C液转移到水热釜中，在80℃-150℃下加热，得白色沉淀；
S5、将步骤S4中所得的白色沉淀过滤、洗涤、干燥、焙烧得N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的含氮化合物选自三乙醇胺、尿素或三聚氰胺中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含氮化合物与所述四钛酸丁酯的摩尔比为：1-4，所述介孔氮化碳与所述四钛酸丁酯的质量比为：0.25-2。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的介孔氮化碳通过如权利要求1所述的制备方法制备得到。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的干燥选自常温干燥、冷冻干燥或真空干燥中的一种。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的焙烧条件为：升温速率为1℃·min-1-10℃·min-1，焙烧温度为400℃-550℃，焙烧时间为1h-3h。
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