半导体光催化材料,一类能够催化转化太阳光能到化学能的新材料,既可用于H₂、CH₃OH、CH₄等化学能源的制备,又可实现对有机污染物的降解,是解决能源危机及环境污染最有潜力的新技术之一。作为半导体光催化技术的核心,光催化效率的高低受催化剂吸光能力,载流子生成、分离、传递效率,氧化还原能力利用效率等多个因素的影响。因此,设计结构合理的半导体光催化剂具有十分重要的意义。直接Z型异质结构光催化剂,模拟自然界光合系统,既能有效提高载流子的分离效率,又能最大程度利用半导体的氧化还原能力,是获得优异光催化材料的重要发展方向。本文通过半导体中引入缺陷,调控半导体的能带结构和费米能级,进而实现具有优异光催化性能的直接Z型异质结构光催化材料的可控构筑。内容如下:以N缺乏的g-C₃N_x为基础,利用水热法可控合成N缺乏g-C₃N_x/Bi₂WO₆的异质结构材料。XRD、TEM和EDS数据分析表明,产物不含其他杂相,且Bi₂WO₆纳米颗粒均匀分布于g-C₃N_x片上。光催化性能测试表明,g-C₃N₄和Bi₂WO₆比例为1:0.9下的N缺乏g-C₃N_x-0.05/Bi₂WO₆的材料光催化性能最好,90 min对10 mg/L亚甲基蓝溶液降解率为83%,高于原始g-C₃N_x/Bi₂WO₆降解率为54%,循环稳定性良好。DRS和瞬态光电流测试表明,其良好的光催化性能主要更高的载流子分离效率。PL光谱表明g-C₃N_x-0.05/Bi₂WO₆羟基生成能力最强,XPS精细谱分析发现,形成异质结构,C和N元素的电子结合能正移,Bi、W、O元素的电子结合能负移,结合Mott-schottky曲线g-C₃N_x-0.05具有更高的费米能级,通过N缺陷的控制生成,实现N缺乏g-C₃N_x-0.05/Bi₂WO₆直接Z型半导体异质结构的可控制备。采用碱液刻蚀g-C₃N₄/Bi₂WO₆异质结构的办法,制得了一系列g-C₃N₄与含氧空位Bi₂WO₆复合在一起的g-C₃N₄/Bi₂WO_6-x异质结构光催化材料。XRD、TEM及EDS分析确认合成的g-C₃N₄/Bi₂WO_6-x异质结构没有杂相,且缺氧Bi₂WO_6-x纳米颗粒均匀分散于g-C₃N₄片层上。DRS分析表明,形成g-C₃N₄/Bi₂WO_6-x异质结构后,材料的光吸收能力明显增强,光催化性能测试结果表明g-C₃N₄与Bi₂WO_6-x比例为1:0.5时,g-C₃N₄/Bi₂WO_6-x-400光催化性能最好为73%。PL光谱表明,g-C₃N₄/Bi₂WO_6-x异质结构形成后,羟基的生成量大幅度增加,结合XPS分析结果C和N元素电子结合能正移,Bi、W、O结合能负移,通过氧空位的引入,实现了g-C₃N₄/Bi₂WO_6-x直接Z型半导体异质结构的可控构筑。