基于石墨相氮化碳光催化材料的制备及其光催化性能研究

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随着科技的不断进步和工业的快速发展,能源匮乏和环境污染问题变得日益严重。光催化技术由于利用取之不尽,用之不竭、经济安全、环境友好等特点的太阳能,在解决能源短缺和环境污染问题两方面有着非常广阔的应用前景。光催化剂g-C3N4由于其制备简单、原料廉价、物理化学稳定性高、合适的禁带宽度等优点成为当前光催化剂领域研究的热点。但是纯的g-C3N4因为存在光生电子和空穴的复合率高,量子效率低等缺点,导致其光催化性能较差。基于此,本文通过对g-C3N4进行改性,从而达到提高g-C3N4光催化性能的效果。具体开展的研究工作如下:1、高比表面积g-C3N4纳米片的制备及光催化降解污染物性能研究。以三聚氰胺和氯化铵为前驱体,探究氯化铵和三聚氰胺的质量之比对产物光催化活性的影响。结果显示,当氯化铵与三聚氰胺的质量之比为4:1时,所制备的g-C3N4-4光催化剂比表面积最大、光催化活性最好。在光照14 min时,g-C3N4-4对RhB的降解率高达99%,是g-C3N4的6.97倍;在光照30 min时,g-C3N4-4对MO的降解率为95.1%,是g-C3N4的9.1倍;在光照24 min时,g-C3N4-4对TT的降解率达到98.2%,是g-C3N4的3.24倍。g-C3N4-4光催化降解有机染料的活性提高,可归因于氯化铵的加入使g-C3N4-4的比表面积明显增大,从而为降解有机染料提供更多的活性位点。2、Ag/g-C3N4复合光催化材料的制备及产氢性能研究。通过热聚合法、银镜反应合成了Ag/g-C3N4复合光催化材料。通过调整硝酸银和g-C3N4的比例,制备了一系列Ag/g-C3N4复合光催化剂。通过光催化产氢确定了当银的质量比为5%时,催化剂的产氢活性最高,其产氢速率达到568.9mmol×g-1×h-1,是g-C3N4的39倍。Ag/g-C3N4复合剂产氢性能的提高,可归因于Ag粒子负载在g-C3N4表面,可通过其表面等离子体效应(SPR)提高g-C3N4对可见光的吸收率,并且g-C3N4与Ag粒子之间形成的肖特基势垒能够有效地抑制光生载流子的复合。3、Ag/Ni(OH)2/g-C3N4复合光催化材料的制备及产氢性能研究。通过热聚合法、水热反应和银镜反应成功地合成了Ag/Ni(OH)2/g-C3N4复合光催化材料。通过光催化析氢分析出,当Ag和Ni(OH)2在复合光催化剂中质量比均为5%时,三元复合光催化剂的析氢性能最好,其析氢速率高达1663.2mmol×g-1×h-1,是g-C3N4的114.7倍。Ag/Ni(OH)2/g-C3N4光催化析氢性能的提高,可归因于Ag在促进电荷从g-C3N4转移到p型Ni(OH)2助催化剂上起关键作用,从而提高了催化剂的光催化活性。
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