石墨相氮化碳基复合型光催化剂的制备及光催化性能研究

发布时间：2017-11-10 22:21

  本文关键词：石墨相氮化碳基复合型光催化剂的制备及光催化性能研究

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【摘要】：能源和环境是当今社会面临的两大问题,因此发展一种利用可再生能源且对环境友好的技术已经迫在眉睫。光催化技术是近几年兴起的一项新型技术,它可以有效的解决上述人类所面临的严峻挑战。TiO_2以其独特的优点成为光催化领域中研究和应用最为广泛的一种半导体材料,但是由于其禁带宽度较宽,不能吸收占太阳光大多数的可见光,且量子效率低,限制了它的广泛应用。因此对TiO_2进行改性,如离子掺杂、形貌修饰以及半导体复合等方法,以提高其光吸收率及在光催化反应中的催化活性。与此同时,寻找新型的可见光响应的高效光催化剂也是解决此问题的有效途径之一。石墨相氮化碳(g-C_3N_4)是一种在可见光范围有吸收的非金属半导体材料,它具有独特的电子结构以及优越的光学性质决定其能有效利用太阳能光谱中可见光部分进行光催化反应。但传统方法制备的g-C_3N_4仍然存在着比表面积小和量子效率低等缺点,需要选择合适的方法对它进行修饰或改性,从而使其具有更高的光催化活性。因此,本文合成了两种不同g-C_3N_4基复合型催化剂,并通过多种方法对其进行表征,研究探讨了其光催化活性及光催化反应机理。1.通过简单的沉淀法制备了一系列不同Ag_3VO_4含量的且具有可见光响应的Ag_3VO_4/g-C_3N_4复合型光催化剂,并且通过表征研究了各样品的结构及其光学性质。此外,还考察了催化剂中Ag_3VO_4含量对其光催化活性的影响。通过XRD、 FT-IR及XPS对催化剂的结构进行分析,结果表明,Ag_3VO_4和g-C_3N_4进行了有效的复合,且Ag_3VO_4的引入并没有使g-C_3N_4的结构发生明显的改变。由UV-visDRS分析结果得出Ag_3VO_4的引入使g-C_3N_4对可见光的吸收发生了明显的红移,且由于Ag_3VO_4和g-C_3N_4能带的相互匹配促进光生载流子的有效分离,从而提高光催化反应效率。2.通过光沉积法制备了一系列不同Ag含量的等离子型可见光响应的Ag_2O/Ag/g-C_3N_4NS异质结光催化剂,考察了在可见光下催化剂降解RhB的反应活性,并采用TEM、AFM、XRD、XPS、FT-IR、UV-vis等方法对光催化剂的形貌、结构以及光学性质等物理化学性质进行研究。实验结果表明,Ag(10.0)/g-C_3N_4 NS催化剂在可见光的照射下表现出最好的光催化活性,40 min内将1.0×10-5 mol·L-1的RhB完全降解至无色,且在5次循环后,光催化活性没有明显减小,表现出良好的稳定性。由于Ag颗粒的表面等离子共轭效应以及Ag物种与g-C_3N_4NS所形成的异质结结构,使Ag_2O/Ag/g-C_3N_4 NS对可见光的响应明显增强,光催化性能显著提高。
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;O644.1

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