论文部分内容阅读
以半导体材料为催化剂,利用太阳能技术,可以直接光催化分解水和降解污染物,在很多领域具有广泛的应用前景。但是由于紫外光响应的宽带隙半导体无法有效的利用太阳能,近年来科研工作者的重心逐渐偏向于可见光响应的半导体材料。石墨相氮化碳(g-C3N4)具有可以吸收可见光太阳能、结构和性质稳定、无毒、有合适的带边电位等优点,因此受到科研工作者越来越广泛的关注。但是和众多的单一半导体材料的缺陷一样,g-C3N4的光生电子-空穴对具有较高的复合率,导致其光催化活性降低。另一方面,g-C3N4低的比表面积导致的低吸附性能也限制着其的光催化应用。为了克服这些缺点,增强催化剂对光的吸收范围和抑制光生载流子的复合率,与其他半导体材料复合形成异质结是一个有效的方法。本文采用一种基于三聚氰胺自身缩聚的热解法合成了g-C3N4粉末。采用不同的Bi系材料和WO3作为助催化剂得到g-C3N4/Bi OX、g-C3N4/WO3复合催化剂,通过XRD、SEM、TEM、FT-IR、DRS、PL等表征方法研究样品的结构及光学性质,在可见光下降解Rh B及其它染料来评价催化剂的光催化活性,同时考察了g-C3N4的加入量对催化剂光降解效率的影响,以确定最佳工艺参数。论文的主要研究内容及主要成果如下:(1)采用水解法制备g-C3N4/Bi OX(X=Cl,Br,I)复合催化剂,g-C3N4能有效的提高Bi OCl的活性,复合催化剂的降解速率为Bi OCl的1.3倍。但是对于窄带隙Bi OBr和Bi OI,复合催化剂的光催化活性没有明显的增强。(2)研究g-C3N4不同加入量下的g-C3N4/Bi OCl复合催化剂的光催化降解动力学。g-C3N4的占比为20wt%时,样品的光催化活性最高,在20min内的降解率就达到了90%,降解速率提高了1倍多。染料的LUMO轨道能级也对降解速率有影响,LUMO能量越高,降解速率越快。(3)采用水解法制备g-C3N4/Bi OClxBr1-x复合催化剂,Cl原子的掺杂量会影响Bi OClxBr1-x的禁带宽度,x值低于0.8时,固溶体的带隙值较宽,复合催化剂与固溶体降解速率增强系数更大,g-C3N4可以有效的提高固溶体的光催化活性。当Cl原子掺杂量为0.8时,Bi OCl0.8Br0.2的带隙值较小,但是在g-C3N4加入量为20wt%时形成的g-C3N4/Bi OCl0.8Br0.2(w=0.2)复合催化剂有最高的光催化活性,反应速率为1.322μmol min-1 g-1。(4)利用H2WO4/g-C3N4混合粉末为前驱体直接煅烧制备得到WO3/g-C3N4复合催化剂。WO3的负载量为0.1时,样品的光催化活性最好,反应速率常数为0.0108min-1,分别是g-C3N4和WO3的3.4和2.2倍。与传统的光催化剂相比,WO3/g-C3N4-0.1的催化活性更好。