G-C3N4微納米材料及其復(fù)合結(jié)構(gòu)的可控合成和性能研究.pdf

1、石墨相氮化碳(g-C3N4)作為一種價(jià)格低廉、無毒的有機(jī)聚合物半導(dǎo)體，因其良好的理化性質(zhì)、特殊的電子結(jié)構(gòu)和理想的能帶位置，在可見光光催化領(lǐng)域有重要的應(yīng)用，但較快的光生載流子復(fù)合速率局限了其應(yīng)用。本文通過調(diào)節(jié)g-C3N4形貌、制備g-C3N4基復(fù)合材料優(yōu)化微結(jié)構(gòu)以提高光催化活性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過溶解-析出方法制備了珠鏈狀g-C3N4，即質(zhì)子化處理三聚氰胺，使其先溶解后沉淀析出，再低溫煅燒得到微米級(jí)珠鏈狀g-C3N4;

2、以MPS修飾的SiO2作硬模板制備SiO2@g-C3N4，用HF刻蝕的方法制備了不同形貌的g-C3N4納米結(jié)構(gòu)。在巰基作用下，通過延長刻蝕的時(shí)間以及改變刻蝕的條件，最終得到空心納米球、納米管、納米棒等多種納米結(jié)構(gòu)，對(duì)形貌的形成機(jī)理進(jìn)行分析討論。⑵為提高g-C3N4微米結(jié)構(gòu)的光催化反應(yīng)活性，以三聚氰胺作為碳氮源前驅(qū)體制備體相g-C3N4材料，隨后用原位生長的方法合成了Ag2O/g-C3N4、Ag/g-C3N4和BiOBr/g-C3N4異質(zhì)

3、結(jié)構(gòu)微米復(fù)合材料，即在g-C3N4片上分別沉積Ag2O、Ag納米顆粒和BiOBr納米片構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)兩組分的質(zhì)量比得到不同比例的復(fù)合光催化劑。光催化性能測(cè)試表明，與Ag2O/g-C3N4、Ag/g-C3N4復(fù)合材料比較，滿足Ⅱ型p-n結(jié)的BiOBr/g-C3N4復(fù)合材料具有最佳的光催化降解RhB效率。在BiOBr/g-C3N4體系的光催化反應(yīng)中，超氧自由基起最主要作用。⑶通過酸堿腐蝕和超聲剝離的方法得到超薄的g-C3N4納米片，

4、再將其與Zn1-xCdxS量子點(diǎn)復(fù)合。研究Zn1-xCdxS量子點(diǎn)的引入、質(zhì)量分?jǐn)?shù)及組成對(duì)復(fù)合材料性質(zhì)的影響，實(shí)現(xiàn)復(fù)合光催化劑的帶隙可調(diào)。光催化性能測(cè)試表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的Zn0.8Cd0.2 S/g-C3N4復(fù)合材料(5-Zn0.8Cd0.2S/CN)具有最高效的光催化降解RhB速率，在可見光照射下15分鐘內(nèi)幾乎完全降解RhB染料。經(jīng)過多次光催化循環(huán)測(cè)試，染料降解速率幾乎沒有衰減，說明復(fù)合材料具有良好的光穩(wěn)定性。⑷將超薄g-C3N4

5、納米片與氧化石墨烯(GO)在水熱條件下通過自組裝過程形成g-C3N4/RGO復(fù)合材料。改變GO的質(zhì)量，我們得到不同質(zhì)量比的g-C3N4/RGO復(fù)合材料。樣品中g(shù)-C3N4與GO質(zhì)量比為3∶2的g-C3N4/RGO復(fù)合材料在瞬時(shí)光電流測(cè)試中光生電子與空穴的分離與遷移效率最佳。G-C3N4/rGO樣品可以用作重金屬離子傳感器，對(duì)鉛離子和鎘離子有良好的靈敏度和選擇性，對(duì)鉛離子的檢測(cè)最低限為0.3μM，對(duì)鎘離子檢測(cè)最低限為0.5μM。G-C3N

6、4/rGO復(fù)合材料還可作為光催化劑實(shí)現(xiàn)可見光下光催化高效降解RhB染料，并具有良好的光穩(wěn)定性。⑸通過軟模板法制備了純g-C3N4、鈷摻雜g-C3N4、碳摻雜g-C3N4和硼摻雜g-C3N4納米材料。Co-g-C3N4、 B-g-C3N4、 C-g-C3N4形貌分別是納米顆粒組成納米片、納米帶、邊緣卷曲的納米片。摻雜后的g-C3N4帶隙明顯變窄，光吸收增強(qiáng)，光催化活性提高。通過光催化測(cè)試表明，由于較大的比表面積、適中的帶隙和合適的摻雜濃度