改性石墨相氮化碳及其Z構(gòu)型復(fù)合光催化材料的設(shè)計(jì)合成和性能研究.pdf

1、近年來，能源緊缺和環(huán)境污染已成為制約我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的主要因素，也是人類所面臨的重大挑戰(zhàn)。如何有效解決這兩大問題已成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，也是當(dāng)前科學(xué)研究領(lǐng)域亟需解決的關(guān)鍵問題。太陽能是一種清潔、可持續(xù)利用和無污染的能源，特定的半導(dǎo)體材料能夠有效利用太陽能降解環(huán)境中有機(jī)污染物、光催化分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣，將光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。因此基于半導(dǎo)體材料的太陽能光催化技術(shù)被認(rèn)為是解決能源緊缺和環(huán)境污染最有效的方法之一。
　　本論文在石墨相

2、氮化碳材料和光催化復(fù)合材料合成與研究應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過熱聚合法，在不同溶劑中改性制備出具有特殊形貌的g-C3N4，以改性制備的g-C3N4為基礎(chǔ)，通過靜電自組裝、離子交換法等途徑，將改性后的g-C3N4與Ag3PO4復(fù)合，制備出結(jié)構(gòu)可控的g-C3N4/Ag3PO4復(fù)合材料。進(jìn)一步綜合利用靜電自組裝、離子交換、熱聚合等方法，一步煅燒制備Ag3PO4/Ag/C3N4三體系復(fù)合材料。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線電子衍射(XRD)、紫外

3、-可見漫反射光譜(UV-vis DRS)等測(cè)試表征手段，綜合分析納米復(fù)合材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、形貌、光電響應(yīng)等。以羅丹明B(RhB)模擬有機(jī)污染物，研究所制備光催化材料在可見光照射下對(duì)有機(jī)污染物的光催化降解效果。同時(shí)以硝酸銀為犧牲劑，在可見光照射下研究所制備復(fù)合光催化材料的產(chǎn)氧性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：三聚氰胺和三聚氰酸在不同溶劑中形成的聚合物結(jié)構(gòu)差異較大，對(duì)最終煅燒形成的g-C3N4形貌具有重要影響。不同于三聚氰胺直接熱縮聚形成的塊狀g-C

4、3N4，改性制備的g-C3N4為多孔片狀結(jié)構(gòu)。多孔的片狀結(jié)構(gòu)對(duì)入射光的高效利用使改性制備的g-C3N4具有更好的光催化活性。對(duì)于乙醇改性制備的g-C3N4與Ag3PO4復(fù)合的可見光光催化材料，所加入的g-C3N4對(duì)最終形成的復(fù)合材料中Ag3PO4顆粒尺寸具有較大影響。此外，通過一步煅燒法，利用DCDA與磷酸銀形成競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，一步煅燒形成Ag3PO4/Ag/C3N4三體系復(fù)合材料。所制備的復(fù)合材料的光催化活性較單一組分的Ag3PO4有大幅提

5、升。不同于傳統(tǒng)的異質(zhì)結(jié)光催化機(jī)理，本文提出Z構(gòu)型光催化降解機(jī)理，Ag3PO4導(dǎo)帶和 g-C3N4價(jià)帶能級(jí)位置的匹配性，Ag3PO4導(dǎo)帶光生電子和g-C3N4價(jià)帶光生空穴通過納米銀顆粒復(fù)合，Ag3PO4價(jià)帶空穴可直接高效率將水氧化分解產(chǎn)生氧氣。同時(shí)Ag3PO4顆粒存在活性電子幾率的降低，避免復(fù)合材料中Ag3PO4被還原成金屬銀。該體系復(fù)合材料能夠在可見光驅(qū)動(dòng)下光催化分解水制氧的關(guān)鍵在于：銀納米顆粒在g-C3N4和Ag3PO4之間橋連形成的