g-C3N4的剥离及g-C3N4/BiOBr光催化剂的制备和性能研究

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光催化技术在污染治理以及清洁能源开发等方面拥有越来越广阔的发展前景,是解决日益严峻的能源危机和环境污染问题的有效手段。石墨相氮化碳(g-C3N4)是一类具有可见光响应的新型半导体光催化剂,具有良好的热稳定性和化学稳定性。而且g-C3N4无毒无害、制备工艺简单、生产成本低廉以及可回收再利用,是非常理想的光催化材料。但是在实际应用中g-C3N4还存在比表面积较小、光生电子和空穴复合效率过高等不足。本文针对g-C3N4比表面积较小这一缺陷,使用浓硫酸对其进行剥离,制备得到具有较高比表面积的石墨相氮化碳纳米片。并且本次课题研究还测试和分析了所制样品的物理、化学特性以及光催化活性。其中XRD图谱、电镜照片和红外光谱图表明,g-C3N4被成功剥离,并且剥离得到的石墨相氮化碳纳米片拥有和g-C3N4一样的化学结构。所制样品的BET比表面积分析结果显示,石墨相氮化碳纳米片的BET比表面积可达g-C3N4的5.3倍。与g-C3N4相比,制备的石墨相氮化碳纳米片具有更高的光催化活性,两小时内对甲基橙溶液的降解率可达94.1%。通过对样品光催化活性的测试发现,采用化学剥离法制备石墨相氮化碳纳米片时,剥离300 mg的g-C3N4样品的最佳实验条件是:浓硫酸使用量为12 mL;反应时间为60 min;去离子水使用量为150 mL。此外,本文将溴氧铋和石墨相氮化碳纳米片复合,通过构成异质结来促进光生电子和空穴的分离。并测试和分析所制复合光催化剂样品的物理、化学特性以及光催化活性。XRD图谱、透射电镜照片和红外光谱图表明,所制得的复合光催化剂样品是由石墨相氮化碳纳米片和BiOBr组成。热重分析结果表明,所制得的复合光催化剂样品具有良好的热稳定性。与单一的石墨相氮化碳纳米片和BiOBr相比,所制得的复合光催化剂样品具有更高的光催化降解能力;其中BiOBr质量分数为30%的复合光催化剂样品具有最强的催化活性,两小时内对甲基橙溶液的降解率可达99.7%。由于异质结的存在,课题研究中所制备的复合光催化剂样品拥有更高的光催化活性,其催化降解能力远高于物理性混合的光催化剂样品。
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