石墨相氮化碳及其复合材料光催化性能研究

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近年来,水污染问题严重制约了人类的生存与发展。石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种不含金属元素的有机聚合物引起了人们的广泛关注。g-C3N4因其出色的耐磨性、稳定的热学性和良好的物理化学性,以及具备适中的禁带宽度(2.7-2.8e V)及导带、价带位置,被认为在光催化领域有巨大潜力,然而块状g-C3N4仍存在一些缺点,例如:对太阳能的使用率低、光生电子和空穴易于复合、比表面积较小、反应活性点位少等。本研究通过超分子自组装法、煅烧法、溶剂热法制备g-C3N4及其复合材料,并运用多种方法对其表征,并以罗丹明B(Rh B)作为目标污染物,通过降解率来评价其光催化性能。本论文研究主要分为三个部分:采用超分子自组装法和煅烧法,通过调节氯化铵(NH4Cl)的量,制备三种不同Cl掺杂比例的空心盒状g-C3N4光催化剂。并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(DRS)、电化学等表征Cl掺杂g-C3N4的晶体结构、样品形貌、光学性质和载流子分离能力。将有机染料Rh B作为目标污染物,利用降解率说明其光催化性能。实验结果表明,Cl掺杂后其光催化性能明显优于纯g-C3N4,其中g-C3N4-Cl-1.0的效果最佳,在40 min内降解率可达97%,并具有良好稳定性。采用超分子自组装法和连续煅烧法相结合,制备了具有C空位的Cl掺杂空心盒状g-C3N4。并对其进行XRD、DRS、TEM、PL等分析,将有机染料Rh B作为目标污染物,通过降解率来评价其光催化性能。结果表明,引入C空位后g-C3N4对可见光有更好的吸收,进一步阻碍了电子与空穴的再结合。在20 min内利用可见光可降解98%的Rh B,降解速度大幅度提升。采用溶剂热法成功构建不同复合比例的g-C3N4/Sn S2异质结。并通过一系列表征研究异质结的晶体结构、光学性质、形貌、比表面积等。结果表明g-C3N4/Sn S2异质结对可见光的吸收利用能力显著提高、阻碍了电子与空穴的重组。与纯g-C3N4相比异质结的光催化性能大幅提升。其中复合比例为1.5%的g-C3N4/Sn S2样品效果最佳,在40 min内降解率可达98%。综上所述,本文通过超分子自组装法、煅烧法、溶剂热法成功制备了高效的g-C3N4及其复合材料,为去除水中有机污染物提供了广阔前景。
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