改性石墨相氮化碳光催化降解甲苯的研究

发布时间：2020-11-20 02:41

　　 非金属材料g-C_3N_4具备特殊的电子光学结构,良好的化学稳定性,光催化条件下可以降解室内环境中的甲苯,在改善室内空气品质方面有潜在的应用前景。但纯g-C_3N_4比表面积较小,晶格缺陷较多,光生电子-空穴对易复合,导致光催化降解甲苯效率低,限制其实际应用。本研究通过金属掺杂及半导体复合对g-C_3N_4材料进行改性,旨在获得可高效降解甲苯的光催化材料。主要研究内容如下:利用Fe(NO_3)_3掺杂g-C_3N_4制备改性g-C_3N_4光催化材料,对所制备的样品进行了XRD、SEM、TEM等表征和光催化降解甲苯实验。分析表征结果可知,Fe(NO_3)_3的引入使可见光吸收范围更广,降低了g-C_3N_4带隙能。分析实验数据可知,掺杂Fe的样品比纯g-C_3N_4光催化降解甲苯的效果更好,且Fe的最佳掺杂量为15%,降解效果最高可达65%。水热法制备Bi_2WO_6过程中添加g-C_3N_4,合成Bi_2WO_6-CN光催化材料并球磨,对复合样品进行了XRD、SEM、TEM等表征和光催化降解甲苯实验。分析表征结果可知,复合材料的比表面积更大,吸附能力更强,新形成的异质结明显拓宽了可见光吸收范围。分析实验数据可知,最佳Bi_2WO_6的复合量在60%时,光催化降解甲苯的效率可达到72%,两者复合后的光催化降解率有明显的提高。水热法制备Bi_2WO_6过程中添加15%-FeCN,合成FeCN-Bi_2WO_6光催化材料,对三元复合材料进行了XRD、SEM、TEM等表征和光催化降解甲苯实验。分析表征结果可知,三元复合材料比表面积达64.479m~2/g,吸附能力最佳,片层g-C_3N_4和球状Bi_2WO_6结合紧密,可见光吸收范围最宽,带隙最窄,极大提高了其催化活性。分析实验数据可知,FeCN复合比为60%时,光催化降解甲苯的效率可达86%,均高于其他改性材料。在此基础上进行了光催化活性研究,结果表明,·O_(2-)对光催化效率有重要的促进作用,提出了Ⅱ型载流子转移机制,光催化剂重复实验表明复合材料拥有很好的稳定性和可回收利用性。
【学位单位】：福建工程学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O643.36;O644.1;X701
【部分图文】：

（a）氮化碳的五种同素异形体

可根据自身实验条件，实验要求进行选择，该反应均可在有保护气或无保护气的条件下进行，从而也会导致缩聚成度不同，获得不同缺陷的氮化碳材料，同时其表面性能也会不同。图1-2所示为单氰胺在升温过程中逐步缩聚成g-C3N4的过程[20]。

图 1-3 常见半导体参数[25]通过对 g-C3N4进行紫外-可见吸收光谱测试可知，g-C3N4的带隙在 2.7eV 左右ang X[26]等利用理论计算（DFT）对 g-C3N4的能带结构进行了研究，发现 g-C3半导体结构极为明显，sp2 杂化的 N2p 轨道构成了最高占据分子轨道（HOMO）低未占据分子轨道（LUMO）由 C2p 杂化轨道组成。g-CN的光催化原理如下
【参考文献】

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本文编号：2890819