半导体异质结光催化剂的制备及其可见光催化性能研究

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以半导体光催化技术处理环境中的有机或无机污染物是一种很有前景的环境修复技术。提高半导体光催化活性和光谱响应范围是目前半导体光催化技术发展的两个关键问题。设计构建能带相匹配的异质结半导体,不仅能拓宽半导体对可见光的响应范围,还能促进光生电荷的分离。本文分别制备了三种结构的g-C3N4以及g-C3N4/BiVO4、g-C3N4/TiO2、CeO2/TiO2、Bi2MoO6/TiO2、Bi2O3/TiO2等复合催化剂,旨在开发构建廉价高效、应用范围广泛、能带相匹配的异质结半导体光催化材料。采用三种前驱物在同样的条件下,煅烧处理得到类石墨相氮化碳(g-C3N4),且分别与BiVO4进行复合得到了BiVO4/g-C3N4复合光催化剂。通过XRD、FT-IR、SEM、UV-vis DRS等表征手段证明了三种前驱物制备的g-C3N4及BiVO4/g-C3N4复合催化剂的形成,并分别在可见光下考察其对罗丹明B(RhB)的光催化氧化降解性能。结果表明,由尿素制备的g-C3N4(CN-U)相较于由三聚氰胺和硫脲制备的样品(CN-M和CN-T),其对RhB的光催化降解活性更高,归因于其较大的比表面积与更高的氧化能力;制备的BiVO4/g-C3N4复合催化剂对RhB降解活性均优于纯光催化剂,当BiVO4与g-C3N4质量比为10wt%时最佳,且10wt%BiVO4/CN-U的光催化活性最高。BiVO4/g-C3N4复合催化剂由于两者界面高效的电荷转移,有利于光生载流子的分离。用溶剂热法制备了g-C3N4/TiO2、CeO2/TiO2、Bi2MoO6/TiO2及Bi2O3/TiO2异质结光催化剂。XRD、UV-vis DSR等表征手段证明了复合光催化剂的形成。以Cr(Ⅵ)的还原或苯酚的氧化来进行光催化剂的活性评价。复合光催化剂无论还原活性还是氧化活性,其较单一催化剂均表现出优越的光催化活性。这主要归因于异质结半导体界面间的电荷转移提高了光生载流子对的分离效率,抑制了光生载流子的复合,从而改善了光催化活性。在光催化氧化还原反应能够进行的情况下,窄带隙半导体与TiO2复合后的光催化剂对单一污染苯酚的氧化或Cr(Ⅵ)的还原具有一定的规律性,即这种窄带隙半导体的导带位置越负,复合后的光催化剂还原能力越强,价带位置越正其氧化能力越强。
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