高分子g--C3N4基光催化劑的設(shè)計(jì)合成及機(jī)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(jī)污染物排放等引起的環(huán)境污染問(wèn)題的有效策略。在太陽(yáng)光譜中可見(jiàn)光約占45％，因此發(fā)展具有可見(jiàn)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(jiàn)光光催化劑，因其具有合適的禁帶寬度和能帶位置、價(jià)格低廉、高穩(wěn)定性、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)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(shí)存在二次污染等問(wèn)題嚴(yán)重制約其實(shí)際推廣應(yīng)

2、用。為此，本論文開(kāi)展了構(gòu)建Z型異質(zhì)結(jié)體系、引入橋連基團(tuán)和表面酸修飾的策略來(lái)促進(jìn)光生電荷的分離進(jìn)而提高C3N4的光催化活性;同時(shí)開(kāi)展了可分離的負(fù)載型C3N4光催化劑的探索，以加快其實(shí)用化進(jìn)程。具體內(nèi)容如下:
　　首先，設(shè)計(jì)合成了Al-O橋連的C3N4-Fe2O3光催化劑并對(duì)其機(jī)制進(jìn)行探究。通過(guò)濕化學(xué)方法制備C3N4-Fe2O3光催化劑，并引入Al-O基團(tuán)進(jìn)行橋連。通過(guò)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(shí):與C3N4和Fe2O3相比，C3N4-Fe2O3光催化劑的電荷分離得到明顯提升，進(jìn)而顯示了更高的二氧化碳還原與降解苯酚活性;通過(guò)單波長(zhǎng)光電化學(xué)和單波長(zhǎng)二氧化碳還原性能測(cè)試證實(shí):電荷分離的提高歸因于Z型電子轉(zhuǎn)移機(jī)制，進(jìn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)證實(shí):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(guò)程中的主要活性物種。
　　其次，設(shè)計(jì)合成了C3N4/碳纖維光催化劑并對(duì)其機(jī)制進(jìn)行探究。通過(guò)原位生長(zhǎng)的方式制備了可分離的負(fù)載型C3N4/碳纖維光催化劑。通過(guò)熒光光譜與羥基自由基測(cè)試證實(shí):負(fù)載碳纖維后C3N4的電荷分離得到提高，進(jìn)而其光催化降解二氯苯酚的性能增強(qiáng)。進(jìn)一步利用浸漬法在C3N4/碳纖維表面修飾磷酸，通過(guò)O2TPD測(cè)試證實(shí):由于氧吸附的提升進(jìn)而促進(jìn)了電荷分離，增強(qiáng)其光催化活性。同時(shí)通