高分子g--C3N4基光催化劑的設(shè)計合成及機制研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)是解決當(dāng)前CO2溫室氣體和有機污染物排放等引起的環(huán)境污染問題的有效策略。在太陽光譜中可見光約占45％，因此發(fā)展具有可見光響應(yīng)的高活性半導(dǎo)體光催化劑具有十分重要的意義。石墨相氮化碳(g-C3N4)作為一種非金屬聚合物可見光光催化劑，因其具有合適的禁帶寬度和能帶位置、價格低廉、高穩(wěn)定性、環(huán)境友好等優(yōu)點而備受矚目。然而C3N4仍存在光生電荷分離較差而導(dǎo)致其光催化性能差、以及粉末狀產(chǎn)品使用時存在二次污染等問題嚴(yán)重制約其實際推廣應(yīng)

2、用。為此，本論文開展了構(gòu)建Z型異質(zhì)結(jié)體系、引入橋連基團和表面酸修飾的策略來促進光生電荷的分離進而提高C3N4的光催化活性;同時開展了可分離的負(fù)載型C3N4光催化劑的探索，以加快其實用化進程。具體內(nèi)容如下:
　　首先，設(shè)計合成了Al-O橋連的C3N4-Fe2O3光催化劑并對其機制進行探究。通過濕化學(xué)方法制備C3N4-Fe2O3光催化劑，并引入Al-O基團進行橋連。通過穩(wěn)態(tài)表面光電壓光譜、瞬態(tài)表面光電壓光譜、光電化學(xué)及羥基自由基光致發(fā)

3、光譜等結(jié)果證實:與C3N4和Fe2O3相比，C3N4-Fe2O3光催化劑的電荷分離得到明顯提升，進而顯示了更高的二氧化碳還原與降解苯酚活性;通過單波長光電化學(xué)和單波長二氧化碳還原性能測試證實:電荷分離的提高歸因于Z型電子轉(zhuǎn)移機制，進而提高了光催化活性。更有意義的是，Al-O橋連的引入加快C3N4-Fe2O3界面間的電子轉(zhuǎn)移，提升光生電荷的分離與壽命，從而進一步提高了光催化活性。電化學(xué)還原與同位素標(biāo)記的二氧化碳還原實驗證實:光生電子與H2

4、O反應(yīng)生成的H原子是其光催化還原二氧化碳過程中的主要活性物種。
　　其次，設(shè)計合成了C3N4/碳纖維光催化劑并對其機制進行探究。通過原位生長的方式制備了可分離的負(fù)載型C3N4/碳纖維光催化劑。通過熒光光譜與羥基自由基測試證實:負(fù)載碳纖維后C3N4的電荷分離得到提高，進而其光催化降解二氯苯酚的性能增強。進一步利用浸漬法在C3N4/碳纖維表面修飾磷酸，通過O2TPD測試證實:由于氧吸附的提升進而促進了電荷分離，增強其光催化活性。同時通