氮化碳/金属氧化物复合材料的制备及其光催化抗菌性能研究

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石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种非金属半导体,由C、N两种元素组成,其对可见光响应,并且结构可控,稳定性好,具有良好的光催化性能,因此成为光催化领域的研究热点。将g-C3N4与半导体金属氧化物复合,形成异质结结构,可以提高光催化性能。本文通过煅烧法制备了g-C3N4,并采用共混煅烧法合成了In2O3/g-C3N4、CeO2/g-C3N4和WO3/g-C3N4复合材料。利用XRD、FT-IR、SEM、DRS、PT和抗菌实验探讨了材料的结构、形貌、光电性能和光催化抗菌活性,并通过活性物种捕获实验阐述了光催化抗菌机理。内容如下:(1)采用煅烧法制备g-C3N4,并通过共混煅烧法合成In2O3/g-C3N4复合材料。XRD和FT-IR结果表明复合材料被成功制备;SEM图显示In2O3均匀分布在g-C3N4表面或包覆在g-C3N4中;PT结果显示27.2%In2O3/g-C3N4的光电流强度分别是g-C3N4和In2O3光电流强度的3倍和12倍;抗菌实验结果表明27.2%In2O3/g-C3N4的抗菌效果最佳,在LED灯光照60 min时,复合材料对大肠杆菌的抗菌率为99.85%,对金黄色葡萄球菌的抗菌率为99.81%,优于g-C3N4和In2O3单体;活性物种捕获实验结果显示In2O3/g-C3N4复合材料体系的主要活性物种是e-、H2O2、h+和·O2-,该体系光催化抗菌机理遵循Z型机制。(2)采用煅烧法制备g-C3N4,热分解法制备CeO2,并通过共混煅烧法合成CeO2/g-C3N4复合材料。XRD和FT-IR结果表明复合材料被成功制备;SEM图显示CeO2均匀分布在g-C3N4表面或包覆在g-C3N4中;PT结果显示19.5%CeO2/g-C3N4的光电流强度分别是g-C3N4和CeO2光电流强度的4倍和5倍;抗菌实验结果表明19.5%CeO2/g-C3N4的抗菌效果最佳,在LED灯光照60 min时,复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均达到100%,优于g-C3N4和CeO2单体;活性物种捕获实验结果显示CeO2/g-C3N4复合材料体系的主要活性物种是e-、H2O2、h+和·O2-,而·OH作用较小,该体系光催化抗菌机理遵循Z型机制。(3)采用煅烧法制备g-C3N4,并通过共混煅烧法合成WO3/g-C3N4复合材料。XRD和FT-IR结果表明复合材料被成功制备;SEM图显示WO3均匀分布在g-C3N4表面或包覆在g-C3N4中;PT结果显示15.7%WO3/g-C3N4的光电流强度分别是g-C3N4和WO3光电流强度的4倍和9倍;抗菌实验结果表明15.7%WO3/g-C3N4的抗菌效果最佳,在LED灯光照45 min时,复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均达到100%,优于g-C3N4和WO3单体;活性物种捕获实验结果显示WO3/g-C3N4复合材料体系的主要活性物种是e-、H2O2、·O2-和h+,而·OH作用较小,该体系光催化抗菌机理遵循Z型机制。(4)比较三种复合材料最佳样对大肠杆菌的抗菌效果可知15.7%WO3/g-C3N4>19.5%CeO2/g-C3N4>27.2%In2O3/g-C3N4,15.7%WO3/g-C3N4的抗菌效果最佳且在WO3/g-C3N4体系中g-C3N4只需复合较少量的半导体金属氧化物即可达到最佳抗菌性能。
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