g-C3N4的剥离及其复合材料的制备和光催化性能研究

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g-C3N4作为一种非金属聚合物半导体催化剂,自2009年首次被发现其具有优异的可见光催化产氢性能以来受到了广泛的关注。g-C3N4具有类石墨的片层结构,但通过高温缩聚制备的块体g-C3N4存在易团聚、具有较小的比表面积、对可见光的利用率低、光生载流子易复合等问题。这都严重的制约了其在光催化环境治理、有机合成等领域的应用。针对这些问题本文首先提出了一种g-C3N4材料的剥离方法,探究了不同溶剂对bulk g-C3N4的剥离效果;采用一步水热(溶剂热)法合成出了g-C3N4/Bi2WO6、g-C3N4/Bi2S3复合材料,通过一系列的表征测试技术对复合材料的物相、形貌、光学性质进行了分析表征,研究了催化剂对有机染料罗丹明B的光催化降解性能。主要研究内容如下:1.采用高温焙烧脲素的方法制备了bulk g-C3N4,研究了焙烧温度对g-C3N4收率的影响。然后分别利用去离子水、无水乙醇、异丙醇、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、丙酮六种溶剂在各自微沸的温度下通过磁力搅拌对bulk g-C3N4进行剥离。研究了不同溶剂对g-C3N4剥离效果以及光催化性能的影响,并对可能的剥离机理进行了分析。其中采用无水乙醇剥离后的g-C3N4具有最好的光催化性能,在模拟太阳光下降解罗丹明B的速率为剥离前的1.5倍。2.采用一步水热合成方法制备出了具有层状片花结构的g-C3N4/Bi2WO6复合光催化剂,利用XRD、SEM、FE-SEM、TEM、HRTEM、FT-IR、UV-Vis DRS等表征手段对催化剂形貌、结构、光学性质等进行了系统的分析;并根据材料晶体学参数构筑g-C3N4和Bi2WO6的结构模型,在此基础上对材料的生长机理进行了推测;在模拟太阳光下,通过光催化降解罗丹明B探究了材料的光催化性能,其中比例为20%g-C3N4/Bi2WO6的材料呈现出较稳定的片花结构,其光催化降解的速率为纯Bi2WO6的3.6倍。3.使用Bi(NO33·5H2O、硫脲和g-C3N4为原料采用一步溶剂热的方法,通过控制g-C3N4的投加量制备了不同比例的g-C3N4/Bi2S3复合材料。采用XRD、SEM、TEM、FT-IR、UV-Vis DRS等分析测试方法对样品进行了系统的表征。以罗丹明B为目标降解物,研究了在模拟太阳光照射条件下样品光催化活性,并对样品生长机理和光催化反应机理进行了初步探讨。其中比例为20%g-C3N4/Bi2S3复合材料具有最佳的吸附性能及光催化性能。
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