氮化碳基复合光催化剂的制备及其可见光催化性能研究

发布时间：2018-12-20 17:03

【摘要】：氮化碳作为一种新型的半导体材料,自20世纪80年代以来,逐渐成为材料领域的研究热点。其中,类石墨相氮化碳(g-C_3N_4,简写为CN)是一种拥有独特的二维片层状结构的非金属半导体材料,具有良好的抗酸碱性和热稳定以及化学稳定性,结构和性能易于控制,对可见光有一定吸收,作为一种廉价的无金属可见光光催化剂,其在光催化领域有广阔的应用前景。然而,g-C_3N_4的光催化效率仍受其电子-空穴复合率高以及对可见光吸收少等因素限制。因此,利用g-C_3N_4的优点,以其为基底材料进行多元复合,来提升光生载流子的分离速度及对太阳光的利用率,从而增强复合材料的光催化效果,具有重要的理论和应用价值。本论文构建了几种CN基三元纳米异质结复合材料,采用多种分析测试手段对其进行了表征,研究了其可见光催化活性和稳定性,并进一步探讨了可能的可见光催化机理。具体取得的研究结果如下:1、采用简易水浴共沉淀法成功制备了g-C_3N_4/RGO/Zn S(简写为CN/RGO/ZS)三元复合光催化剂,通过XRD、FTIR、SEM、TEM、EDX和XPS等表征手段分析了样品的晶相结构、微观形貌和元素组成。可见光光催化降解Rh B(10 mg/L)活性实验显示,CN/RGO/ZS在可见光照射下展现出优异的光催化降解Rh B性能,分别是CN/RGO、CN/ZS和RGO/ZS二元复合物活性的1.04、1.17和5.38倍。CN/RGO/ZS高效的光催化活性归于多种因素的协同效应:有效的电荷分离、多步电子转移以及RGO优越的导电性和其较好的可见光吸收性能。2、通过简易水热法成功制备了以还原氧化石墨烯为桥梁的Z型纳米异质结RGO/g-C_3N_4/Bi VO_4(简写为RGO/CN/BVO)三元复合纳米材料,利用XRD、TEM、HAADF-STEM、Mapping与XPS等多种表征手段研究了其晶相结构、形貌特点、元素组成及价态等。同时还研究了RGO/CN/BVO三元复合光催化剂可见光照射下降解TC(35 mg/L)的活性、稳定性及其可能的增强光催化机制。实验结果表明,RGO/CN/BVO可见光照射下降解TC的速率分别是RGO/CN、CN/BVO和RGO/BVO的1.13、1.16和1.41倍。循环使用实验以及循环使用后样品的XRD表征结果显示,RGO/CN/BVO在降解过程中具有很好的稳定性。RGO/CN/BVO增强的光催化性能归因于RGO高的电子迁移速率以及复合催化剂的Z型纳米异质结结构,该结构能够提高其可见光光吸收性能以及电子与空穴分离速率。3、引入碳纳米管(CNT),通过一步简易水热法成功制备了可见光驱动的Z型纳米异质结Carbon Nanotubes/g-C_3N_4/Bi2WO6(简写为CNT/CN/BWO)三元复合物,采用XRD、TEM与XPS等方法分析表征了其晶相结构、形貌和光学特性,通过可见光照射下降解TC(35 mg/L)考察了CNT/CN/BWO三元复合纳米材料的光催化活性和稳定性,并探讨了其可能的增强光催化机理。实验结果表明,CNT/CN/BWO可见光照射下降解TC的速率分别是CNT/CN、CN/BWO和CNT/BWO的2.5、1.5和1.1倍。循环降解TC结果显示,CNT/CN/BWO具有很好的循环稳定性。该复合物增强的光催化性能归因于CNT优越的导电性以及复合催化剂的Z型纳米异质结结构,其可以大大提高光吸收能力和电子与空穴分离速率。
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【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36

【参考文献】