復(fù)合可見(jiàn)光光催化劑的制備及其性能研究.pdf

1、環(huán)境污染和能源問(wèn)題目前仍是困擾人類可持續(xù)發(fā)展的難題。為了解決這一難題，人們展開了治理污染、保護(hù)環(huán)境的科學(xué)研究。半導(dǎo)體光催化技術(shù)是利用光照射半導(dǎo)體產(chǎn)生的導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴，進(jìn)行氧化還原降解有機(jī)污染物或者分解水制取氫能的技術(shù)。由于該過(guò)程本質(zhì)是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，所以半導(dǎo)體光催化技術(shù)有望成為解決環(huán)境和能源問(wèn)題的一條有效途徑。TiO2由于成本低、氧化能力強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)而備受重視，是目前應(yīng)用最廣泛的納米光催化材料之一，也是具

2、有良好開發(fā)前景的綠色環(huán)保光催化材料。但是，較寬的帶隙降低了其對(duì)太陽(yáng)光的利用率。因此，TiO2對(duì)太陽(yáng)光的利用率很低，如何吸收利用更多太陽(yáng)光，提高其在可見(jiàn)光下的光催化活性，一直是眾多科研工作者的研究課題。另外，開發(fā)新型光催化劑材料以增強(qiáng)對(duì)可見(jiàn)光譜范圍的吸收也成為當(dāng)前光催化劑研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)內(nèi)容。最近，Wang等發(fā)現(xiàn)石墨相C3N4可以分解水產(chǎn)生氫氣，并且利用金屬修飾可以降解有機(jī)污染物。因此，我們期望用新型可見(jiàn)光光催化材料C3N4和原有的光催化材

3、料復(fù)合，以獲得更高性能的可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑。
　　 本文通過(guò)高溫?zé)峤夥ǎ云胀ū阋说哪蛩貫樵?，合成了具有可?jiàn)光響應(yīng)的石墨結(jié)構(gòu)的C3N4光催化材料。同時(shí)制備了一系列N-X/C3N4(X=NaNbO3，TiO2，銻酸)光催化劑，以光催化降解羅丹明B表征其光催化性能，并探討了其光催化機(jī)理，主要工作內(nèi)容如下：
　　 1.采用加熱不同比例的NaNbO3和尿素制備了一系列的光催化材料，通過(guò)X射線衍射、拉曼光譜、傅里葉紅外光譜、

4、X射線光電子能譜、紫外-可見(jiàn)吸收光譜等對(duì)所制備的樣品的物相組成和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，結(jié)果表明：所制備的樣品包括氮摻雜的鈮酸鈉以及碳氮化合物C3N4。降解羅丹明B的光催化性能測(cè)試結(jié)果顯示，和純的NaNbO3相比，NaNbO3和尿素質(zhì)量比為1:60時(shí)，顯示出最高的光催化活性。以上結(jié)果表明，非金屬氮化碳可以作為一種光敏劑，它所具有的可見(jiàn)光吸收以及在N-NaNbO3與C3N4之間的電荷轉(zhuǎn)移的能力是提高NaNbO3光催化活性的主要原因。
　

5、　 2.以四氯化鈦、C3N4為前軀體，合成了一系列不同比例的N-TiO2/C3N4復(fù)合光催化劑。利用X射線衍射、拉曼光譜、紫外可見(jiàn)吸收光譜、熒光光譜、X射線光電子能譜、以及表面光電壓譜等手段對(duì)催化劑的晶相組成、吸光性能、形貌、所含元素等進(jìn)行了表征。XRD和Raman光譜結(jié)果顯示，引入的C3N4能抑制金紅石相TiO2的形成并且N-TiO2/C3N4復(fù)合光催化劑在引入C3N4后對(duì)紫外-可見(jiàn)光都有很強(qiáng)的吸收。XPS結(jié)果表明所制備的樣品包括

6、氮摻雜的TiO2以及碳氮化合物C3N4。隨著C3N4量的增加，SPS信號(hào)逐漸增強(qiáng)。而且在日光燈下光催化降解羅丹明B活性結(jié)果表明：我們所制備的TiO2在引入C3N4后，都表現(xiàn)出增強(qiáng)的光催化活性。并且在我們研究的體系中，通過(guò)把所制備的樣品當(dāng)做在染料敏化太陽(yáng)能電池的工作電極測(cè)量其光電流來(lái)證明羅丹明B的自敏化降解。
　　 3.研究了具有d10電子組態(tài)燒綠石結(jié)構(gòu)的可見(jiàn)光響應(yīng)新型光催化劑銻酸和氮摻雜的銻酸的光催化活性。在可見(jiàn)光下，銻酸和摻

7、氮的銻酸在光催化降解羅丹明B方面均表現(xiàn)了比商業(yè)用P25更高的光催化活性。其中，純的銻酸在沒(méi)有明顯的可見(jiàn)光吸收時(shí)，在降解羅丹明B方面表現(xiàn)出最高的光催化活性，這可以歸因于羅丹明B的自敏化降解。而氮摻雜的銻酸具有可見(jiàn)光吸收，在降解苯酚的實(shí)驗(yàn)中，表現(xiàn)出最高的光催化活性。另外，在可見(jiàn)光照射下，甲醇和硝酸銀分別作為空穴及電子捕獲劑存在時(shí)，銻酸和氮摻雜的銻酸的·OH自由基形成的順序和降解苯酚的順序一致，這和降解羅丹明B的順序剛好相反。我們認(rèn)為在可見(jiàn)光