C3N4基复合光催化剂的制备和性质研究

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石墨相C3N4(g-C3N4)作为一种新型无金属光催化材料,由于其化学稳定性和热稳定性强以及制备成型工艺简单等特点,成为目前光催化领域研究的新宠。然而,g-C3N4聚合物作为光催化剂还存在一些问题,如产生的光生载流子易复合、量子效率低,虽然能吸收可见光但是只能将波长小于460nm的蓝光吸收,太阳光利用率相对较低等。半导体复合是一种有效提高光催化效率和可见光吸收的有效手段。本论文采取溶液超声分散的方法合成了具有核壳结构的ZnO@mpg-C3N4光催化剂、溶剂热法制备了ZnO/mpg-C3N4复合光催化剂、乙醇中分散搅拌的方法制备了CuTCPP/C3N4复合光催化剂。实验发现所得复合光催化剂由于光生电子-空穴对的得到有效分离,大大提高C3N4的光催化性能。采用硬模板法制备了介孔C3N4(mpg-C3N4),通过溶液超声分散的方法合成了具有核壳结构的ZnO@mpg-C3N4光催化剂。实验发现通过改变加入mpg-C3N4的量能调控包覆壳厚度。核壳型光催化剂可显著提高单一半导体的紫外和可见光光催化活性,4%包覆量时,紫外活性最大为纯ZnO的2.0倍;20%包覆量时,可见光的活性最好为纯mpg-C3N4的5.0倍。mpg-C3N4和ZnO之间的表面杂化效应促使了紫外活性的增强,而可见光活性的显著提高要归功于此特殊的核壳结构,使得mpg-C3N4和ZnO之间的能级匹配效应更好的发挥,更有利于电子和空穴对的传输与分离。利用溶剂热法制备了ZnO/mpg-C3N4复合光催化剂。实验表明ZnO颗粒均匀沉积在mpg-C3N4上。可见光及模拟太阳光下,ZnO/mpg-C3N4对MB光降解活性均明显高于纯mpg-C3N4。mpg-C3N4投放量为75.1%,其活性最佳为纯mpg-C3N4可见光下的2.3倍,模拟太阳光下的1.9倍。此光催化活性的增强被证明是由于ZnO和mpg-C3N4间合理的能级匹配产生了异质结界面效应,有易于光生电子和空穴对的传输和分离。通过乙醇中分散搅拌的方法制备了CuTCP/C3N4复合光催化剂。实验表明加入CuTCPP能使C3N4的光催化活性显著提高,CuTCPP加入量为0.75%时,光催化活性最佳,为纯g-C3N4的2.16倍,且通过实验还可知,CuTCPP的加入可拓展g-C3N4长波长光下吸收、降解活性。CuTCPP表面杂化作用可实现光生电子和空穴的快速分离,提高g-C3N4的光催化性能。
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