基于多孔g-C3N4的光催化材料的制备及性能研究

来源 :安徽工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chunzhu520
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高效利用绿色、可再生太阳能的光催化技术是缓解乃至解决世界能源危机和环境污染的有效的途径之一。在众多光催化剂中,石墨相氮化碳g-C3N4,具有较窄的禁带宽度(2.52.9 eV)和良好的化学稳定性,在光催化领域备受关注。但传统方法制备的g-C3N4粒径较大、比表面积偏小、光生电子和空穴复合率高、吸附能力低,阻碍了g-C3N4的进一步应用。本论文主要围绕如何提高g-C3N4的比表面积和降低光生电子和空穴复合率展开,并取得了以下主要研究成果:(1)以Si O2纳米球为硬模板,双氰胺为前驱体,通过热聚法制备多孔g-C3N4标记为pg-C3N4。使用X衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和N2吸附脱附等手段考察pg-C3N4样品的结构、形貌和多孔结构。分析结果表明:制备的pg-C3N4样品中具有多孔结构和较高的比表面积,当双氰胺和SiO2纳米球的质量比例为1.5:1时制备得到pg-C3N4(DICY:SiO2=1.5:1)的BET比表面积为147.82 m2/g,是普通块状g-C3N4的8倍。以RhB为降解对象在相同条件下开展光催化降解实验,在60min时普通块状g-C3N4对RhB降解率只有33%,而pg-C3N4(DICY:SiO2=1.5:1)对RhB降解率为81%,是普通g-C3N4的2.38倍,表明pg-C3N4比表面积增加能够有效的提高其光催化性能。(2)通过水热法和高温煅烧制备Ag纳米粒子沉积的pg-C3N4,标记为Ag/pg-C3N4。对样品进行X衍射和扫描电子显微镜、透射电子显微镜分析,证明Ag纳米粒子沉积在pg-C3N4表面。N2吸附脱附数据表明制备的Ag/pg-C3N4具有多孔结构,其中10%Ag/pg-C3N4的BET比表面积为68.94 m2/g,20%Ag/pg-C3N4的BET比表面积为47.15 m2/g,30%Ag/pg-C3N4的BET比表面积为43.61 m2/g,说明随着Ag沉积量的增加,Ag/pg-C3N4比表面积有减小的趋势。以RhB为降解对象在相同条件下开展光催化降解实验,10%Ag/pg-C3N4、20%Ag/pg-C3N4、30%Ag/pg-C3N4在60min时对RhB降解率分别达到86%、93%和96%。光催化实验结果表明,Ag纳米粒子沉积改性能够有效的提高pg-C3N4材料的光催化性能,并且随着Ag质量分数增加,Ag/pg-C3N4的光催化性能逐渐提高。(3)通过水热法和高温煅烧法制备α-Fe2O3复合的pg-C3N4,标记为α-Fe2O3/pg-C3N4,对样品进行X衍射和扫描电子显微镜、透射电子显微镜分析,结果表明α-Fe2O3已经和pg-C3N4形成复合物。N2吸附脱附数据表明α-Fe2O3/pg-C3N4仍为多孔结构,10%α-Fe2O3/pg-C3N4、20%α-Fe2O3/pg-C3N4和30%α-Fe2O3/pg-C3N4的BET比表面积分别为123.05 m2/g、116.81 m2/g、109.65 m2/g,说明随着α-Fe2O3/pg-C3N4中α-Fe2O3质量比例的增加复合材料的BET逐渐减小。以RhB为降解对象在相同条件下开展光催化降解实验,在60min时10%α-Fe2O3/pg-C3N4、20%α-Fe2O3/pg-C3N4、30%α-Fe2O3/pg-C3N4对RhB降解率分别达到84.02%、85.42%和87.52%,明显优于pg-C3N4。光催化实验结果表明,α-Fe2O3复合改性能够有效的提高pg-C3N4材料的光催化性能,并且随着α-Fe2O3质量分数增加,α-Fe2O3/pg-C3N4的光催化性能逐渐提高。
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