新型硫基复合可见光光催化剂的制备及性能研究

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严峻的环境污染现状是新世纪人类面临的挑战,光催化环境净化技术可以直接利用太阳光能,通过半导体光催化材料消除环境有害物质,且无二次污染。如何实现高效的光催化活性和光响应范围的拓展是当前国际上研究光催化材料的两个关键问题。金属硫化物因其价带一般由S3p轨道组成,比O2p轨道的能级更负一些,相对于氧化物,有较小的带隙能,能被可见光所激发,近来在光催化研究领域受到广泛关注。类石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种新型的半导体催化剂,不含有金属元素,在水溶液中具有很好的稳定性,无毒,能够光降解有机物,在特定的绿色化学反应中具有优良的催化效果。而且g-C3N4仅由碳和氮两种原子构成,合成原料丰富且廉价易得,拥有大的比表面积、优异的化学、热稳定性等特点。本论文探索可见光响应的新型硫基复合光催化材料的合成、及其形貌、光吸收和光催化性能调控的新途径,以期获得新型高效的可见光响应型光催化剂。具体研究内容如下:  (1)采用沉淀法制备ZnS微球,然后以ZnS纳米微球以及BiCl3为前驱物,通过阳离子交换反应成功得到了Bi2S3/ZnS复合微球光催化剂。运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外可见光谱仪等手段对样品进行表征,样品的光催化活性通过可见光下罗丹明B(RhB)溶液的降解来考察。结果表明,Bi2S3/ZnS质量比为20%的复合光催化剂具有最高的催化活性,5h后RhB的降解率达98%,是单纯ZnS的2.3倍。  (2)采用热解缩聚有机物前驱体的方法,以尿素为前驱体,在550℃下锻烧制备了类石墨结构氮化碳(g-C3N4)。采用水热合成法,以Zn(Ac)2·4.5H2O,Cd(Ac)2·2H2O,g-C3N4为原料,制备了Zn0.8Cd02S/g-C3N4复合物。运用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和紫外可见光谱仪等手段对催化剂样品进行表征,利用亚甲基蓝(MB)作为模拟有机污染物,评价催化剂的反应活性。实验结果表明,质量分数为50% Zn0.8Cd0.2S/g-C3N4复合物具有最好的催化活性,3h后MB的降解率达99%,是单纯g-C3N4的5.1倍。  (3)采用热解缩聚有机物前驱体的方法,以尿素为前驱体,在550℃下锻烧制备了类石墨结构氮化碳(g-C3N4)。以In(NO3)3·4.5H2O,Na2S·9H2O,g-C3N4为原料,利用水热合成法制备了In2S3/g-C3N4复合物。通过X射线衍射(XRD)、JEM-2100型透射电镜(TEM)和紫外可见光谱仪等方法对样品进行了表征。以亚甲基蓝为模型污染物,考察了In2S3的负载量对In2S3/g-C3N4复合物光催化降解性能的影响。
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