g-C_3N_4/TiO_2复合光催化剂的制备及可见光催化性能的研究

【摘要】纳米二氧化钛(TiO2)光催化剂是一种具发展潜力且获得广泛研究的光催化剂，但其受到锐钛矿型TiO2的禁带宽度的限制(其禁带宽度为3.2eV，对应的吸收波长为387.5nm)，吸收波段不在可见光范围内，这极大的增加了TiO2在实际应用中的局限性和操作难度。因此，提高TiO2可见光催化活性是TiO2光催剂得到更广泛应用的重要途径。（1）本文采用简单的一步固相法制备了g-C3N4/TiO2复合物。将一定比例的TiO2与三聚氰胺加入去离子水混合后,在烘箱中60°C烘干1小时,然后在马弗炉中520°C煅烧5小时，待样品冷却到室温时取出，碾磨成粉末,即得到g-C3N4/TiO2复合光催化剂。研究了三聚氰胺和二氧化钛的质量比、混合物煅烧的温度以及煅烧时间对g-C3N4/TiO2复合物光催化性能的影响。（2）应用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和紫外-可见光漫反射吸收光谱(UV-Vis/DRS)、射电子显微镜(TEM)、荧光光谱（PL）等手段对催化剂进行了表征。结果表明，XRD、XPS、FT-IR中，出现与g-C3N4相对应的特征峰，TEM中能观察到TiO2分散在成片状的g-C3N4表面。样品的吸收边带相比TiO2发生了明显的红移，PL强度比g-C3N4有所减小，说明g-C3N4与TiO2的复合能提高样品可见光活性，促进电子-空穴的分离，降低光生载流子的复合。（3）以亚甲基蓝为目标化合物，可见光为光源，评价了不同配比、不同煅烧温度、不同煅烧时间的样品的光催化活性。当三聚氰胺与工业TiO2质量比为2.5:1，煅烧温度为520℃，煅烧时间为5h制得的样品M-TO-2.5可见光活性最好。在可见光条件下，光照5h，对浓度为5mg/L的亚甲基蓝去除率达到91%；比较了TiO2与样品的气相光催化活性，气相光催化活性测验中，用NO作为目标化合物，测试光催化剂在可见光下的对NO的降解，经过30min的可见光光催化降解，M-TO-2.5对NO的降解率达到31%。（4）制备的复合光催化剂的相关表征，证明制备的复合光催化样品中含有g-C3N4，且TiO2分散在成片状的g-C3N4表面，两者形成了固-固异质结，g-C3N4/TiO2复合光催化剂的吸收边带相比TiO2发生了明显的红移。可见光的照射下,g-C3N4发生π-π*的跃迁，光生电子能通过异质结转移到TiO2的导带,促进电子-空穴的分离，提高光催化效率，使g-C3N4/TiO2复合光催化剂具有优异的可见光催化活性。
【作者】廖佳珍；
【导师】傅敏；
【作者基本信息】重庆工商大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】二氧化钛；碳化氮；光催化；可见光；

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