多孔氧化镁钠米片/碳复合材料的制备及光催化性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:crazy915
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氧化镁(MgO)作为第三代宽带隙半导体材料虽然具有较宽的带隙,但丰富的结构缺陷和表面活性位点的存在使得其可以在高能量波长(如紫外光)的激发下产生光生电子空穴对,从而表现出光催化性能。但是,紫外光仅占全光谱的4%左右,远小于可见光(50%)。因此,提高MgO在可见光下的光催化活性具有更广泛的应用价值。为了解决这个问题,我们制备了高缺陷的多孔MgO纳米片,并在光催化过程中加入H2O2使之构成类Fenton体系。此外,在该光催化过程中原位产生的高活性过氧化镁(MgO2)可以进一步提高MgO在可见光下的光催化降解效率。在此基础上,为了更进一步提高其光催化性能,制备了MgO/石墨烯、MgO/碳量子复合材料。采用简单的化学沉淀法制备了具有丰富缺陷的大比表面积多孔MgO纳米片,并将其与双氧水(H2O2)协同使用构成类Fenton体系来提高其在可见光下的光催化降解活性。H2O2产生的高活性羟基自由基(·OH)可以高效率且无差别地氧化降解多种有机污染物。更重要的是,MgO在H2O2的作用下可以生成强氧化剂MgO2。MgO2具有强的氧化性,且释放的O2可以与电子结合产生超氧自由基(·O2-),从而可以进一步增强其氧化降解效率。这种通过在催化剂表面原位生成另一种强氧化剂从而引发催化剂与氧化剂产生协同效应的体系表现出了优异的光催化活性。实验结果表明,在H2O2的协同下,亚甲基蓝(MB,100 mg/L)和罗丹明B(RhB,100 mg/L)在60 min分别达到了98.1%和85.6%的降解率,是无H2O2条件下的3.2倍。并且,该光催化降解效率能够达到甚至超过传统半导体光催化剂在可见光下的光催化活性。石墨烯具有优异的电子传输性能及丰富的表面缺陷。与石墨烯复合可以促进催化剂光生电子-空穴的传输与分离、提高可见光的吸收及利用,进而提高复合催化剂的光催化降解活性。为了进一步提高MgO在可见光下的光催化降解效率,将MgO与石墨烯纳米片(Graphene nanosheets,GN)复合制备了不同石墨烯含量的MgO/GN复合催化剂。实验结果表明,在石墨烯含量为2%时,即MgO/GN-2复合催化剂对亚甲基蓝表现出最优的光催化降解效果,30 min降解效率达到99.4%。MgO较大的禁带宽度使得其对可见光的吸收及利用仅仅依赖于缺陷及活性位点,这是限制其在可见光下光催化降解活性的原因之一。为了提高其对可见光的吸收和利用,将MgO与碳量子点(Carbon quantum dots,CQDs)复合制备了不同碳量子点含量的MgO/CQDs复合催化剂。实验结果表明,在碳量子点含量为2.5%时,即MgO/CQDs-2.5复合催化剂对亚甲基蓝表现出最优的光催化降解效果,30 min降解效率达到99.4%。
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