氧掺杂的氮化碳/红磷复合光催化剂的制备及其性能研究

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半导体光催化技术在治理水体污染和开发绿色新能源方面有很好的前景。近年来,红磷(P)和氮化碳(CN)等非金属光催化材料凭借其来源广泛,制备简单,催化活性高等优点而备受关注。但是光生载流子(电子和空穴)的快速复合降低了光催化效率,也很大程度限制了光催化技术的广泛应用。因此,采用有效的策略对红磷和氮化碳进行改性,改善电子和空穴的分离和迁移,以提高其光催化活性,对红磷和氮化碳光催化剂的发展具有重要意义。本论文主要围绕两个方面进行了研究:首先,以三聚氰胺为原料,通过简单焙烧法制备氧改性的氮化碳(OCN)光催化剂,再通过机械研磨法制备了组成比例不同的OCN/P复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段分析了复合光催化剂的结构、形貌、元素组成和光学特征;利用电化学手段获取了合成催化剂的能级结构信息。在可见光照射下通过降解孔雀石绿(MG)对催化剂进行活性评价,研究结果表明复合光催化剂20%OCN/P在20 min内降解率高达99%,对MG的降解速率常数(0.12 min-1)约是红磷的4倍。OCN与P形成的异质结抑制了光生电子-空穴对的复合,提高了其光催化性能。其次,制备了Ni(OH)2和Pt双助剂修饰的Ni(OH)2/P-Pt/OCN催化剂。利用不同的表征手段分析了复合光催化剂的物相、组成、结构和光学吸收等物理化学性质。在可见光(λ(29)400 nm)条件下评价了催化剂光解水制氢性能。光催化制氢的实验结果表明复合催化剂Ni(OH)2/P-Pt/OCN表现出比Pt/OCN和Ni(OH)2/P更高的产氢性能。当Ni(OH)2/P与Pt/OCN的质量比为1:5时,4 h内产氢总量为12?mol。总之,本研究利用不同的合成方法制备了新型的非金属复合光催化剂,并对其物理化学性质和光催化性能进行了详细的表征和评价。通过对红磷和氮化碳的改性与修饰有效抑制了光生电子-空穴对的复合,提高了光催化剂性能,这对推动非金属光催化剂的广泛应用具有重要意义。
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