新能源与高效节能

本发明公开了一种β‑FeOOH/g‑C3N4异质结光催化材料的制备方法，包括以下步骤：将三聚氰胺放入箱式炉中进行多次重复热聚合反应得到块状g‑C3N4；将块状g‑C3N4分散于5‑20ml的乙二醇中，超声10～40min，最终得到超声辅助液相剥离的GCNS悬浊液；将FeCl3溶液加入GCNS悬浊液中，混合，充分搅拌均匀后进行溶剂热反应，最后离心洗涤、干燥，得到一维β‑FeOOH纳米棒与二维g‑C3N4薄片的复合材料；将上述干燥好的材料放入马弗炉中进行热处理，最终得到β‑FeOOH/g‑C3N4异质结材料。本发明的制备方法简单成熟、成本低，且材料化学稳定性好，污染物降解能力强，催化效率高。

目前，化石类燃料与日俱增的消耗和短缺及其燃烧后生成CO2带来一系列能源与环境问题。光催化技术在制备清洁能源方面显示了巨大的潜力，因其可以利用丰富的太阳能被广泛研究。近年来，光催化水分解制氢的研究日益得到各国的重视，其机理是半导体材料通过有效吸收光能产生具有还原能力和氧化能力的光生电子‑空穴对,在催化剂的表面发生直接或者间接的氧化或还原反应，从而实现水分解为氢气与氧气。在众多光催化剂中 +g‑C3N4带隙为2.7eV，导带和价带跨立在H/H2和H2O/O2还原电势的两侧,可用于可见光催化产氢。同时g‑C3N4具有可见光催化，比表面积大、化学和热稳定性好，作为支撑其他半导体材料的载体等优势而被学者广泛的研究。g‑C3N4在光催化制氢时,激发至导带的电子与氢离子结合,留下的空穴由催化体系中加入的三乙醇胺、维C或甲醇及时移除。由于超电势的存在,g‑C3N4光激发产生的电子不能快速地转移给氢离子,进而影响了光解制氢的速率。通过g‑C3N4表面沉积一定量的半导体构来建异质结复合光催化材料，可以在一定程度上解决这个难题,这是由于异质结材料有利于光生电子的迅速转移使H转化为 H2。其中二维g‑C3N4具有大的比表面积，使其拥有更多的光催化活性位点，且由于量子限域效应，使得其禁带宽度增大(禁带和价带向相反方向移动)，载流子输运能力提高，光生载流子寿命增加，从而提高氧化还原能力，并有效分离电子与空穴，减少复合，最终有效的提高光催化能力。

本发明的有益效果在于：

本发明的β‑FeOOH/g‑C3N4异质结光催化材料的制备方法简单成熟、成本低，且材料化学稳定性好，污染物降解能力强，催化效率高。

本发明制得的一种具有三维结构的β‑FeOOH/g‑C3N4异质结光催化复合材料。该催化材料由一维的β‑FeOOH纳米棒修饰二维的石墨相氮化碳(g‑C3N4)薄片构成。由于材料间的适当的能级差以及材料本身特性，这种异质结复合结构可以显著提升光催化效率。这种复合结构的优点在于：由于FeOOH导带为‑0.58eV(相对于标准氢电位，下同)，价带位置为‑3.18 eV。而g‑C3N4的导带位置为1.57eV，价带位置为‑1.13eV，将β相FeOOH与g‑C3N4材料复合，其可能会形成Z‑scheme型半导体异质结，从而有效分离电子与空穴，减少复合，材料同时具有优异的氧化还原能力。另外通过组合两种半导体材料得到的Z‑scheme光催化体系可以进一步增强材料在可见光区域的光学吸收。一维β‑FeOOH纳米棒与二维g‑C3N4纳米薄片材料复合，不仅包含以上的优点，且使得两材料有更大的接触面积，从而制备出密度低，稳定性好，催化性能优越的复合催化材料。