二氧化铈基复合材料的制备及其光催化性能研究

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本文设计了一种新的Ag掺杂改性CeO2的方法,采用水热法及模板法制备出球形与核壳CeO2并对其进行复合制备出CeO2/g-C3N4和CeO2/g-C3N4/Zn O复合材料。采用XRD、SEM、TEM、XPS、BET、FT-IR、UV-Vis等手段对所制备的复合材料进行了表征,并研究了其光催化性能。具体内容如下:(1)以新鲜蛋清为凝胶剂成功制备了Ag/CeO2复合材料。研究发现Ag的掺杂降低了复合材料的带隙,提高了其对可见光的响应。对不同煅烧温度下制备的Ag/CeO2复合材料进行了光催化性能测试,发现600°C下煅烧制备的样品具有优异的性能。在300 W氙灯光照80 min后,样品对亚甲基蓝(MB)的降解率达到99.0%。此外,Ag/CeO2光催化剂展现出良好的光催化稳定性和耐久性。(2)采用水热法制备出CeO2纳米球,再经过超声复合制备出CeO2/g-C3N4复合材料。研究发现CeO2与g-C3N4之间形成了异质结,降低了带隙。同时抑制了电子空穴对的复合,显著改善体系的光催化性能。复合材料在500 W汞灯光照45 min后对甲基橙(MO)染料的降解率达到99.6%。通过探究表面活性剂对CeO2形貌及性能的影响发现PEG(20000)更有助于形貌的形成并对复合材料的性能也有较大的提升。(3)通过两种不同的方法成功制备了球形CeO2/g-C3N4/Zn O和核壳CeO2/g-C3N4/Zn O复合材料。通过一系列表征表明,三元结构的CeO2基复合材料能够显著降低复合材料带隙,提高对可见光的响应及利用,从而提高复合材料光催化活性。核壳CeO2/g-C3N4/Zn O相较于球形CeO2/g-C3N4/Zn O带隙明显减小,比表面积显著增大。光催化结果显示在300 W氙灯光源下,球形CeO2/g-C3N4/Zn O光照80 min后对Rh B的降解率达到70.6%;核壳CeO2/g-C3N4/Zn O光照80 min降解率达到99.2%。核壳样品经过循环利用测试降解率仍在90%以上,样品具有优异的催化活性和较强的稳定性。
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