g-C3N4改性纳米TiO2复合粉体的光电化学性能研究

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纳米二氧化钛(TiO2)因其稳定性好,生产成本低,活性较高而在光催化领域受到人们极大的重视。然而二氧化钛的禁带宽度大,并且二氧化钛生成的光生电子-空穴对在转移的过程中极容易复合。因此,可通过掺杂改性TiO2来降低其光生电子-空穴对的结合效率,增大吸收光谱范围,达到增强TiO2光催化活性的目的。  论文采用一步热分解尿素的方法制得淡黄色类石墨碳氮化合物(g-C3N4)粉末,然后采用溶胶凝胶法分别制得不同比例掺杂的 g-C3N4/TiO2、Sn-g-C3N4/TiO2及CdS-g-C3N4/TiO2纳米复合材料,并通过刮涂法在碳钢及ITO导电玻璃表面制备涂层,利用X射线衍射,透射电子显微镜,紫外-可见光漫反射吸收光谱,红外光谱对纳米复合粉体进行结构表征,电化学光电流、动态极化及交流阻抗等测试对纳米复合涂层进行光电化学性能测定。  g-C3N4的加入能抑制TiO2晶粒的生长并使g-C3N4/TiO2粉体的光吸收边位置明显红移。掺杂改性后的二氧化钛表现出较高的光电化学性能,这归结于g-C3N4和TiO2之间的异质结结构能有效的传输电子,增强光生电子-空穴对的分离能力。  Sn-g-C3N4/TiO2复合样品中没发现Sn化合物及g-C3N4的特征衍射峰,但XRD结果表明Sn和g-C3N4共同抑制了TiO2晶粒的生长。同时,Sn能为载流子提供浅势俘获位,使光生载流子的生存时间得以延长,复合效率得以降低,使复合样品表现出较好的光电化学性能。  CdS的加入抑制了g-C3N4/TiO2样品的晶体长大和晶相转变。与g-C3N4/TiO2样品相比较,复合样品的吸收边有少许的蓝移,其紫外光吸收增强。半导体TiO2、g-C3N4和CdS之间理论上能够形成阶梯状的异质结能带结构,光激发的电子可从g-C3N4的导带迁移到CdS的导带,然后再转移到TiO2的导带,从而实现了电子的有效传输和分离,使光催化材料表现出更好的光电化学性能。
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