G-C3N4/BiVO4复合光催化剂的制备及其性能研究

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用非金属石墨相氮化碳(g-C3N4)作为半导体光催化剂近期引起了人们广泛关注。其禁带宽度约为2.7 eV,在可见光下具有光催化活性,但是由于g-C3N4电子-空穴复合率较高,导致其光催化活性不显著。而g-C3N4通过与其他半导体构建能级匹配的异质结可以抑制电子-空穴的复合,提高其光量子化效率。基于这个理论,本论文用不同的方法制备了g-C3N4/BiVO4复合催化剂,并对其结构、形貌、光电性质和催化性能等进行了表征与分析,分别于液固和气液固体系进行测试与探讨。  采用溶胶凝胶、简单混合和加热焙烧的方法合成了可见光g-C3N4/BiVO4复合催化剂,并考察了该催化剂在可见光下对罗丹明(RhB)的脱色能力。对g-C3N4与BiVO4不同质量比和不同煅烧温度下的g-C3N4/BiVO4复合催化剂进行了XRD、FT-IR、TEM、XPS、UV-vis DRS和PL光谱表征分析。g-C3N4/BiVO4复合材料中g-C3N4含量为80%、煅烧温度为500℃时具有最高的光催化RhB脱色能力。原因归结为高的吸附能力和形成的异质结促进光生载流子的分离,从而提高光催化活性。本体系下参与RhB脱色实验的活性物种为·O2-、h+和·OH,并探讨了该异质结材料提高光催化活性的机理。  采用简单的超声分散和煅烧的方法合成了BiVO4包覆在g-C3N4片状结构上的复合催化剂,并考察了该复合催化剂对高浓度一氧化氮(NO)的催化氧化能力。通过XRD、FT-IR、XPS、TEM、PL光谱、I-t和EIS表征测试对复合催化剂的结构表征、微观形貌、可见光吸收能力和光电性质等进行了分析。TEM表征可以看到大块状g-C3N4剥离成g-C3N4片状结构,使得BiVO4均匀的包覆在其片状结构上。活性测试表明当g-C3N4与BiVO4的质量比为1∶1时有最高的氧化NO能力,产物为NO2-和NO3-。其高的催化活性主要归因于这两种合适的能级匹配促使形成高的电子-空穴分离能力,从而提高光生载流子的寿命,使得与外来的电子受体反应以提高光催化氧化能力。
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