论文部分内容阅读
聚合物半导体石墨相氮化碳(g-C3N4),因其独特的结构、可见光响应、高稳定性和节能环保等优点受到研究人员的强烈关注。但直接热聚合制备的纯g-C3N4的比表面积较小、光生载流子迁移速率低、复合率高,这些缺点限制了其光催化效率的提高。本文针对g-C3N4存在的不足,提出利用前驱体重整策略调控g-C3N4的形貌,同时提高其比表面积和光吸收并降低光生载流子的复合速率;采用g-C3N4与其它半导体材料复合,提高其光生载流子的分离效率,从而达到提升光催化活性的目的。具体研究内容如下:(1)采用前驱体重整策略,通过水热预处理三聚氰胺,使其由单斜相转变为正交相,热聚合后得到由多孔超薄N掺杂纳米片组成的三维g-C3N4。其可见光光催化活性相较未改性纯样提高了 23倍,产氢表观量子效率高达27.8%(λ=420 nm)。在预处理阶段,增大的压力使三聚氰胺同时发生相变和形貌转变,煅烧后成为套筒状g-C3N4。多孔超薄管壁和管内由多孔纳米片组成的纳米棒使其比表面积和光吸收都得到了提升,并且此种新型结构可以有效分离光生电子-空穴对,提高了 g-C3N4的光催化产氢和CO2还原能力。(2)从半导体不同晶面电性不同的角度出发,合成了 BiOI(001)/g-C3N4(002)和BiOI(110)/g-C3N4+(002)两种晶面耦合的光催化材料。由于BiOI(001)/g-C3N4(002)具有更高效的界面电荷传递效率,其降解二氯苯酚、双酚A、盐酸四环素和罗丹明B的性能均高于BiOI(110)/g-C3N4+(002)。(3)合成了 BiVO4/g-C3N4复合光催化材料,可见光降解液相污染物RhB的性能大幅提高。并通过活性物种俘获、NBT转化、TA-PL技术证明了其光催化机理为直接Z机理,不仅可以促进电荷高效分离,还使其具有更高的氧化还原性能。(4)通过原位共热解法制备了n-n型CeO2/g-C3N4复合光催化材料,可见光下催化降解液相污染物苯酚的性能相较CeO2和g-C3N4分别提高了 68和17倍,降解气相污染物NO和光解水产氢性能也得到了提升。通过原位沉积法合成了g-C3N4/Ag2CO3复合光催化材料,可见光下降解液相污染物MO的性能比单一纯相有所提高,并分析了光催化机理。