石墨相氮化碳的改性及其復(fù)合物的光催化性能.pdf

1、石墨相氮化碳(g-C3N4)作為一種新型二維半導(dǎo)體光催化材料，因其優(yōu)異的物理特性和化學(xué)穩(wěn)定性，豐富的原材料來源和低廉的價格，易于修飾，合適的能帶結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢，在光催化分解水制氫和光催化降解有機污染物領(lǐng)域具有巨大的研究和應(yīng)用價值。本論文通過工藝優(yōu)化制備出具有設(shè)計形貌的g-C3N4，進而對其進行摻雜改性和復(fù)合，合成出具有優(yōu)良光催化活性的催化材料，為g-C3N4復(fù)合化研究和拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域提供重要參考。本文的主要研究工作包括：
　　采用Li

2、Cl和KCl作為加熱介質(zhì)，煅燒巴比妥酸和二氰二胺的混合前驅(qū)體，合成出具有二維片層形貌的碳摻雜g-C3N4(mg-CN)。實驗證明制備出的產(chǎn)物為具有(C3N4)x-(C7N7)y結(jié)構(gòu)單元的碳氮化合物，且產(chǎn)物存在明顯的層狀結(jié)構(gòu)。樣品與g-C3N4存在類似的物相結(jié)構(gòu)和官能團，UV-vis光譜呈現(xiàn)出明顯的紅移，且可見光吸收能力明顯提高。通過離子熱共聚法合成的mg-CN，顯著提升其比表面積。熒光光譜顯示離子熱共聚法制備出的mg-CN，其熒光強度明

3、顯低于原始g-C3N4，表明 mg-CN的電子空穴復(fù)合率低于原始 g-C3N4。當(dāng)巴比妥酸的量為0.52 g，二氰二胺為2.0 g時，制備出的樣品具有最佳的光催化活性，90分鐘內(nèi)將催化效率從41.5％提升到83.8%。循環(huán)降解實驗也說明了制備的光催化劑在4次循環(huán)實驗后仍具有較高的降解率。
　　以上述方法制備出的mg-CN與BiOBr通過水浴化學(xué)原位生長法，成功制備出 mg-CN/BiOBr復(fù)合光催化劑。實驗發(fā)現(xiàn)，mg-CN/BiO

4、Br的顯微結(jié)構(gòu)為BiOBr為基底，mg-CN附著在BiOBr片層上，復(fù)合物包含g-C3N4和BiOBr的主要官能團。隨著mg-CN的含量增加，催化劑的BET比表面積隨之增大，復(fù)合光催化劑的可見光吸收能力隨mg-CN含量的增加而增強。對所有樣品在可見光下降解RhB的實驗顯示，30 wt.%，50 wt.%和70 wt.%mg-CN/BiOBr三個樣品均能在6分鐘內(nèi)有效降解污染物，但是50 wt.%mg-CN/BiOBr具有最佳動力學(xué)系數(shù)，

5、說明mg-CN與BiOBr在質(zhì)量比為1:1時存在最大相互協(xié)同作用。復(fù)合光催化劑同時具有良好的穩(wěn)定性和重復(fù)回收利用性。通過 PL和光電流測試證明了通過將兩種半導(dǎo)體進行復(fù)合后，其光生電子-空穴對的復(fù)合率明顯降低。
　　以酵母菌為模板，通過簡單的培養(yǎng)酵母菌與二氰二胺并混合煅燒，制備出具有球狀形貌的g-C3N4。XRD衍射分析發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物具有同g-C3N4相同的晶型；對樣品的形貌觀察發(fā)現(xiàn)，以酵母菌為模板制備的樣品具有少量的球狀顆粒和球形孔洞；

6、樣品的FTIR光譜顯示通過模板煅燒出來的樣品與g-C3N4具有相同的官能團結(jié)構(gòu)，且出現(xiàn)多余的有機物官能團吸收峰；樣品的Uv-vis曲線顯示，通過模板法煅燒出來的樣品具有更強的可見光吸收能力，且樣品的光吸收邊界也隨酵母菌的比重增加而增大。但是，模板也同時損害了g-C3N4的半導(dǎo)體特征，不利于其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。對樣品的BET比表面積測試發(fā)現(xiàn)，模板法煅燒出來的樣品其比表面積并沒有增大，反而有所減少。樣品的熒光光譜顯示，通過模板法煅燒出來的