石墨相氮化碳的制備、改性及其光催化性能研究.pdf

1、由于普通方法制備的石墨相氮化碳(g-C3N4)材料存在比表面積大、結(jié)晶度低、光生電子-空穴對(duì)復(fù)合率高等弊病，嚴(yán)重阻礙了其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。針對(duì)這些問題，本文主要通過兩個(gè)方面對(duì)g-C3N4光催化性能的提升進(jìn)行了研究。第一，分別通過氧化刻蝕、Ag負(fù)載和機(jī)械球磨對(duì)g-C3N4進(jìn)行改性，從而達(dá)到對(duì)其進(jìn)行分散及提升量子利用效率的目的;第二，通過以尿素和三聚氰胺為混合前驅(qū)體，半封閉細(xì)口瓶作為反應(yīng)容器，煅燒制得比表面積大、結(jié)晶程度高的g-C3N

2、4納米片。
　　論文的具體研究內(nèi)容及成果如下:
　　(1)首先通過在550℃熱縮聚三聚氰胺的方法制備g-C3N4塊體材料，然后以雙氧水為氧化劑，乙酸和濃硫酸為分散及輔助氧化劑，對(duì)g-C3N4塊體材料進(jìn)行氧化刻蝕改性。本文系統(tǒng)研究了雙氧水加入量、乙酸加入量及溫度對(duì)氧化刻蝕后樣品光催化性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)g-C3N4為1g、濃H2SO420ml、乙酸20ml、H2O21ml時(shí)，經(jīng)氧化刻蝕處理的g-C3N4光催化性能最佳，

3、10mg·L-1的甲基橙溶液經(jīng)模擬日光輻照1h，降解率可以達(dá)到98.2％，并且隨著溫度的升高，氧化刻蝕后樣品的催化性能越好，但收率越低。XRD結(jié)果表明，氧化刻蝕可以在一定程度去除g-C3N4樣品中部分非晶區(qū)域，從而使樣品總體結(jié)晶性有所升高;IR和EDS表征結(jié)果表明氧化刻蝕可以在樣品中摻入少量氧元素;TEM和SEM結(jié)果表明，氧化刻蝕改性可以大大提升g-C3N4樣品的分散性能。高結(jié)晶性、高分散性以及氧元素的摻入是樣品光催化性能提升的根本原因

4、。
　　(2)以550℃熱縮聚三聚氰胺的方法制備g-C3N4塊體材料，通過超聲粉碎得到g-C3N4納米片，然后將g-C3N4納米片加入AgNO3溶液中，光照條件下使AgNO3還原制備Ag/g-C3N4復(fù)合納米片。文章研究了不同理論質(zhì)量百分?jǐn)?shù)Ag負(fù)載對(duì)g-C3N4納米片光催化性能的影響，并對(duì)Ag/g-C3N4復(fù)合納米片進(jìn)行XRD、IR、XPS、TEM、UV-vis、PL表征。結(jié)果表明，當(dāng)Ag在Ag/g-C3N4復(fù)合納米片中的理論質(zhì)量

5、百分比為8％時(shí)，其光催化性能最佳，10mg·L-1的羅丹明B溶液經(jīng)模擬日光輻照30min，降解率可以達(dá)到92.7％。經(jīng)分析認(rèn)為，Ag/g-C3N4復(fù)合納米片優(yōu)異的光催化性能可歸功于Ag納米顆粒的表面等離子共振和Ag納米粒子與g-C3N4納米片界面處有效的光生載流子的分離。
　　(3)以550℃熱縮聚三聚氰胺的方法制備g-C3N4塊體材料，通過機(jī)械球磨法對(duì)g-C3N4進(jìn)行改性。本文系統(tǒng)研究了球磨時(shí)間為12h、1天、3天、5天的樣品的

6、光催化性能，并對(duì)球磨改性后樣品進(jìn)行XRD、TEM、UV-vis表征。結(jié)果表明，隨著球磨改性時(shí)間的延長，樣品的光催化性能逐次變好。經(jīng)分析認(rèn)為，球磨改性可以大大提升g-C3N4的分散性，降低其厚度，從而提供更多的光催化反應(yīng)活性位，提升樣品光催化性能。
　　(4)將尿素和三聚氰胺研磨混合并作為制備g-C3N4納米片的混合前驅(qū)體，使用細(xì)口瓶作為反應(yīng)容器，并用鋁箔紙制備的塞子封閉細(xì)口瓶，然后在程序升溫條件下煅燒制備g-C3N4納米片。本文系

7、統(tǒng)的研究了尿素與三聚氰胺的質(zhì)量配比、煅燒時(shí)間、溫度和反應(yīng)容器密閉性對(duì)制備g-C3N4納米片可見光下光催化降解羅丹明B性能的影響，并對(duì)部分樣品進(jìn)行了光催化降解亞甲基藍(lán)的實(shí)驗(yàn)研究。通過XRD、TEM、UV-vis、PL、阻抗對(duì)g-C3N4納米片樣品進(jìn)行表征，結(jié)果表明，當(dāng)尿素:三聚氰胺質(zhì)量比為5∶2、煅燒時(shí)間為6h、煅燒溫度為575℃時(shí)，制備的g-C3N4納米片具有高結(jié)晶性、高分散性、低電阻的優(yōu)異性能，光催化性能最佳，并且反應(yīng)容器密閉性越好，