為了解決環(huán)境問題，減少全球能源危機(jī)，開發(fā)高效的清潔能源，光催化技術(shù)在這些努力中發(fā)揮了重要作用。然而，如何構(gòu)建高效的光催化劑，是光催化研究中一個(gè)重要而又具有挑戰(zhàn)性的問題，這可為光催化劑的先進(jìn)設(shè)計(jì)、制備和有效應(yīng)用提供一般性指導(dǎo)。為了實(shí)現(xiàn)高效的光催化劑，由兩種半導(dǎo)體和電子介質(zhì)組成的Z型光催化劑非常具有前景，并引起了廣泛的關(guān)注。與傳統(tǒng)的光催化體系相比，它們具有更高的電荷分離能力，并能提高氧化還原能力。例如，g?C3N4/Ag/Bi2MoO6、Bi5FeTi3O15/Ag/g?C3N4、g?C3N4/Au/CdxZn1?xS、BiVO4/Ag/Cu2O等復(fù)合材料均表現(xiàn)出良好的光催化活性。然而，關(guān)于具有晶面協(xié)同效應(yīng)的Z型催化劑的構(gòu)建卻鮮有報(bào)道。光催化反應(yīng)是發(fā)生在催化劑表面的物理和化學(xué)過程。不同的催化劑晶面表面原子排列不同，使得暴露晶面的原子狀態(tài)、能級(jí)和表面能不同，從而產(chǎn)生不同的光催化性能。因此，通過控制Z型催化納米復(fù)合材料的合成，有意地暴露出特定的高活性高能晶面，從而有可能大大提高催化活性、選擇性和穩(wěn)定性。

為了構(gòu)建能夠充分吸收和利用太陽光的Z型催化劑，應(yīng)考慮將具有窄帶隙的半導(dǎo)體作為異質(zhì)結(jié)組成成分。二維g?C3N4具有無限擴(kuò)展的π電子共軛平面結(jié)構(gòu)，具有良好的電子傳導(dǎo)性，具有較大的比表面積和優(yōu)異的吸附性能。因此，它可以作為異質(zhì)結(jié)系統(tǒng)中的一種很好的候選材料。此外，在Z型體系的構(gòu)建中，值得強(qiáng)調(diào)的是異質(zhì)結(jié)體系的固體電子介質(zhì)對(duì)有機(jī)降解的催化效率也是至關(guān)重要的。由于表面等離子體共振(SPR)的獨(dú)特性質(zhì)及其誘導(dǎo)的局部電場(chǎng)，橋接Ag納米粒子(Ag NPs)可以拓寬光譜吸收，促進(jìn)光電子轉(zhuǎn)移。因此，如何構(gòu)建一種具有晶面協(xié)同效應(yīng)的Z型異質(zhì)結(jié)光催化納米材料對(duì)光催化技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

本發(fā)明的目的在于提供一種具有晶面協(xié)同效應(yīng)的Z型異質(zhì)結(jié)光催化納米材料及其制備方法和應(yīng)用，解決現(xiàn)有技術(shù)提供的光催化材料可見光催化效率低、污染物降解性能差的問題。

本發(fā)明提供了一種具有晶面協(xié)同效應(yīng)的Z型異質(zhì)結(jié)光催化納米材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將g?C3N4加入無水乙醇中超聲處理，烘干后，得到g?C3N4納米薄片；

(2)將g?C3N4納米薄片和水混合，得到g?C3N4納米薄片分散液，加入硝酸銀水溶液，避光攪拌6～13min，再加入硼氫化鈉水溶液，攪拌10～20min，靜置1.5～3h，將產(chǎn)物離心、洗滌、烘干，得到g?C3N4@Ag納米材料；

(3)將g?C3N4@Ag納米材料、溴化鉀溶于水中，再加入硝酸鉍的冰醋酸溶液，攪拌1～2h，靜置3～5h，將產(chǎn)物離心、洗滌、烘干，得到具有晶面協(xié)同效應(yīng)的Z型異質(zhì)結(jié)光催化納米材料。

在本發(fā)明中，采用化學(xué)還原法結(jié)合沉積法制備了一種具有晶面協(xié)同效應(yīng)的Ag橋接2D g?C3N4/2D BiOBr納米片Z型異質(zhì)結(jié)納米復(fù)合材料。其中，2D g?C3N4和2D BiOBr納米片以Ag納米顆粒作為電子轉(zhuǎn)移介質(zhì)耦合在一起，催化劑表面高度暴露了BiOBr?{001}晶面，由此得到的g?C3N4@Ag@BiOBr 不僅遵循Z型界面轉(zhuǎn)移機(jī)制，保持了較強(qiáng)的氧化還原能力，且高度暴露的 BiOBr?{001}晶面表現(xiàn)出優(yōu)異的晶面協(xié)同作用，具有出更寬的光吸收范圍、強(qiáng)大的界面電荷轉(zhuǎn)移、更長的光生電子?空穴壽命和更好的羅丹明6G降解性能。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的光催化納米材料具有可見光吸收范圍廣，光生載流子分離效率高，光生電子?空穴壽命長，穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，其晶面協(xié)同作用對(duì)于羅丹明 6G具有較高的光催化降解性能，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)Z型異質(zhì)結(jié)光催化材料在實(shí)際處理廢水中的缺陷。