【摘 要】
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近年来,为了解决不断恶化的环境污染和能源短缺等问题,半导体光催化技术成为了最有希望的技术之一。在诸多光催化剂中,g-C3N4因其具备许多独特的特性及在可见光下良好的光催
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近年来,为了解决不断恶化的环境污染和能源短缺等问题,半导体光催化技术成为了最有希望的技术之一。在诸多光催化剂中,g-C3N4因其具备许多独特的特性及在可见光下良好的光催化活性而引起了广泛关注,然而光生载流子的快速复合对其光催化性能产生了极大的负面影响。本论文主要介绍了g-C3N4光催化剂的研究进展及改性等内容,并且以三聚氰胺为前驱体,通过热缩聚合法合成了g-C3N4粉末,并利用复合改性法制备了两种复合材料,针对提高其光催化效率进行了两部分的研究工作。具体内容如下:(1)以乙酸锌、六次甲基四胺和尿素为前驱体,以水为溶剂,采用水热法合成了花状微米带结构的ZnO。再采用常温常压溶剂合成法,通过搅拌实现g-C3N4与ZnO的复合,通过改变g-C3N4的加入量,制备了三种不同比例成分的ZnO/g-C3N4复合光催化剂。利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征样品的结构、成分以及微观形貌,通过光催化降解罗丹明B溶液对所得样品的光催化活性进行了表征。结果表明,当加入的ZnO与g-C3N4质量比为1:5时,合成的复合材料具有最佳的光催化活性,在可见光照射下,70分钟内对罗丹明B的降解率达到了93%,而且,ZnO/g-C3N4(1:5)复合材料经过4次循环,光催化活性没有表现出明显衰减。ZnO/g-C3N4的能带结构有利于促进光生电子-空穴的分离和快速转移,从而提升了光催化效率。(2)以Zn(NO3)3·6H2O为锌源,2-甲基咪唑为有机配体,以甲醇为溶剂,采用常温常压溶剂合成法,实现了ZIF-8与g-C3N4两种半导体的复合。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征样品的结构、成分以及微观形貌。结果表明ZIF-8/g-C3N4复合材料被成功制备出来,ZIF-8颗粒在g-C3N4表面上均匀生长。通过光催化降解罗丹明B溶液对所得样品的光催化活性进行了表征。实验结果表明,在可见光照射下,ZIF-8/g-C3N4复合材料50分钟内降解了97.3%的罗丹明B,比纯g-C3N4和纯ZIF-8表现出高得多的光催化活性。同时ZIF-8/g-C3N4复合材料在4次循环实验中,均保持了较高的光催化活性,显示出较好的光催化稳定性。这是由于生长在g-C3N4表面的ZIF-8小颗粒在光催化过程中可以提供更多的活性位点,并且g-C3N4和ZIF-8之间形成的界面可以有效促进光生电子-空穴的分离和转移,使光催化活性大大提高。
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