復合可見光光催化劑的制備及其性能研究.pdf

1、環(huán)境污染和能源問題目前仍是困擾人類可持續(xù)發(fā)展的難題。為了解決這一難題，人們展開了治理污染、保護環(huán)境的科學研究。半導體光催化技術(shù)是利用光照射半導體產(chǎn)生的導帶電子和價帶空穴，進行氧化還原降解有機污染物或者分解水制取氫能的技術(shù)。由于該過程本質(zhì)是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能，所以半導體光催化技術(shù)有望成為解決環(huán)境和能源問題的一條有效途徑。TiO2由于成本低、氧化能力強、化學性質(zhì)穩(wěn)定、無二次污染等優(yōu)點而備受重視，是目前應用最廣泛的納米光催化材料之一，也是具

2、有良好開發(fā)前景的綠色環(huán)保光催化材料。但是，較寬的帶隙降低了其對太陽光的利用率。因此，TiO2對太陽光的利用率很低，如何吸收利用更多太陽光，提高其在可見光下的光催化活性，一直是眾多科研工作者的研究課題。另外，開發(fā)新型光催化劑材料以增強對可見光譜范圍的吸收也成為當前光催化劑研究領(lǐng)域的熱點內(nèi)容。最近，Wang等發(fā)現(xiàn)石墨相C3N4可以分解水產(chǎn)生氫氣，并且利用金屬修飾可以降解有機污染物。因此，我們期望用新型可見光光催化材料C3N4和原有的光催化材

3、料復合，以獲得更高性能的可見光響應的光催化劑。
　　 本文通過高溫熱解法，以普通便宜的尿素為原料，合成了具有可見光響應的石墨結(jié)構(gòu)的C3N4光催化材料。同時制備了一系列N-X/C3N4(X=NaNbO3，TiO2，銻酸)光催化劑，以光催化降解羅丹明B表征其光催化性能，并探討了其光催化機理，主要工作內(nèi)容如下：
　　 1.采用加熱不同比例的NaNbO3和尿素制備了一系列的光催化材料，通過X射線衍射、拉曼光譜、傅里葉紅外光譜、

4、X射線光電子能譜、紫外-可見吸收光譜等對所制備的樣品的物相組成和晶體結(jié)構(gòu)進行了表征，結(jié)果表明：所制備的樣品包括氮摻雜的鈮酸鈉以及碳氮化合物C3N4。降解羅丹明B的光催化性能測試結(jié)果顯示，和純的NaNbO3相比，NaNbO3和尿素質(zhì)量比為1:60時，顯示出最高的光催化活性。以上結(jié)果表明，非金屬氮化碳可以作為一種光敏劑，它所具有的可見光吸收以及在N-NaNbO3與C3N4之間的電荷轉(zhuǎn)移的能力是提高NaNbO3光催化活性的主要原因。
　

5、　 2.以四氯化鈦、C3N4為前軀體，合成了一系列不同比例的N-TiO2/C3N4復合光催化劑。利用X射線衍射、拉曼光譜、紫外可見吸收光譜、熒光光譜、X射線光電子能譜、以及表面光電壓譜等手段對催化劑的晶相組成、吸光性能、形貌、所含元素等進行了表征。XRD和Raman光譜結(jié)果顯示，引入的C3N4能抑制金紅石相TiO2的形成并且N-TiO2/C3N4復合光催化劑在引入C3N4后對紫外-可見光都有很強的吸收。XPS結(jié)果表明所制備的樣品包括

6、氮摻雜的TiO2以及碳氮化合物C3N4。隨著C3N4量的增加，SPS信號逐漸增強。而且在日光燈下光催化降解羅丹明B活性結(jié)果表明：我們所制備的TiO2在引入C3N4后，都表現(xiàn)出增強的光催化活性。并且在我們研究的體系中，通過把所制備的樣品當做在染料敏化太陽能電池的工作電極測量其光電流來證明羅丹明B的自敏化降解。
　　 3.研究了具有d10電子組態(tài)燒綠石結(jié)構(gòu)的可見光響應新型光催化劑銻酸和氮摻雜的銻酸的光催化活性。在可見光下，銻酸和摻

7、氮的銻酸在光催化降解羅丹明B方面均表現(xiàn)了比商業(yè)用P25更高的光催化活性。其中，純的銻酸在沒有明顯的可見光吸收時，在降解羅丹明B方面表現(xiàn)出最高的光催化活性，這可以歸因于羅丹明B的自敏化降解。而氮摻雜的銻酸具有可見光吸收，在降解苯酚的實驗中，表現(xiàn)出最高的光催化活性。另外，在可見光照射下，甲醇和硝酸銀分別作為空穴及電子捕獲劑存在時，銻酸和氮摻雜的銻酸的·OH自由基形成的順序和降解苯酚的順序一致，這和降解羅丹明B的順序剛好相反。我們認為在可見光