石墨烯量子点/氮化碳复合物的制备及光催化性能研究

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石墨烯量子点(GQDs)是准零维的石墨烯材料,在三维尺寸上都小于100 nm。由于它具有可调节的能带、上转换发光和电子转移等特性,因而在光催化领域得到了广泛应用。此外,GQDs表面丰富的含氧官能团使其具有很好的分散性,且易与其它无机粒子复合。氮化碳(g-C3N4)作为一种不含金属的光催化剂引起了科研工作者的广泛关注。在模拟太阳光的照射下,g-C3N4对有机污染物具有很好的光催化活性。但是作为光催化剂,g-C3N4具有比表面积低、电子和空位结合率高等问题,严重影响了g-C3N4对太阳光的利用率。目前提高g-C3N4的光催化效率的方法很多,例如:半导体的掺杂、金属离子的掺杂等。然而,这些方法还不能很好的解决电子和空位结合率高的问题。本文将GQDs和g-C3N4复合,通过GQDs具有转移电子和上转换发光的特性,大大降低了电子和空位的结合率。主要研究内容及结果如下:本文以柠檬酸为碳源,通过水热法制备GQDs。把GQDs水溶液和尿素、三聚氰胺混合并80℃干燥,干燥得到的混合物放在马弗炉中一步烧结得到GQDs/g-C3N4复合物。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、荧光光谱(PL)、扫描电子显微镜(SEM)等对样品表面形貌、结构、组成成分进行分析。在模拟太阳光的照射下,将制备的样品对有机污染物进行降解,结果表明GQDs掺杂量的不同会影响有机污染物的光催化降解活性。为了进一步降低电子和空位的结合率,在GQDs/g-C3N4光催化过程中加入草酸(OA)。通过系统的研究得出,OA可以通过控制空位的转移来提高光催化效率。研究发现OA在光催化过程中不会分解,同时不会产生有害物质,因此本文所制备的光催化剂体系具有较高的催化效率还具有较好稳定性。
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