C3N4/TiO2复合光催化剂对污染物可见光催化降解性能研究

摘要

当今光催化技术被认为是解决全球能源危机和环境污染最有前途的技术之一。二氧化钛是一种研究最广泛的光催化剂，具有成本低、无毒和稳定性好的优点。然而，TiO2的禁带宽度大，电子-空穴对有效分离程度低,容易重新复合，这些问题严重限制TiO2的实际应用。开发新的可见光响应型光催化剂，增强可见光吸收并减少光生电子-空穴对的复合，处理污染物的研究具有重要的应用前景。本研究分为两个部分：
　　第一部分：通过超声剥离的方法制备了纳米片状结构的g-C3N4，用其来改性TiO2制备g-C3N4/TiO2复合光催化剂。通过TEM、XRD、FT-IR、UV-vis和PL来对g-C3N4/TiO2复合材料进行结构表征。催化剂的光催化活性通过降解目标污染物罗丹明B染料进行评价。相比于纯TiO2和g-C3N4催化剂，g-C3N4/TiO2复合材料表现出了较好的光催化活性，并且该复合材料具有良好的稳定性，经过五次循环反应后活性几乎没有变化。g-C3N4/TiO2复合催化剂的高效催化活性来源于g-C3N4和TiO2协同效应的影响，这两种半导体材料复合使其对可见光吸收增强并且导致对光生电子-空穴对的分离效率提高，这两种因素综合导致了g-C3N4/TiO2复合催化剂光催化性能的提高。此外,基于对光催化反应过程中活性中间体猝灭实验的研究，提出了光降解反应的机理过程。
　　第二部分：首先采用光沉积还原技术制备了Ag-TiO2材料，然后和事先制备好的g-C3N4材料在高温进行煅烧，制备了异质结结构的g-C3N4/Ag-TiO2复合催化剂，并对该复合催化剂进行了充分的结构表征。由于纳米Ag颗粒作为电子导电桥及Ag的表面等离子体共振效应，复合催化剂经Ag修饰改性后提高了光生电子-空穴的分离效率并增强了可见光响应。此外，由于存在内建电场异质结结构，进一步可以提高光生电荷的分散作用。与TiO2、g-C3N4以及单组份Ag改性g-C3N4催化剂相比，g-C3N4/Ag-TiO2复合催化剂表现出来显著提升的光催化活性。同时，催化循环实验证明g-C3N4/Ag-TiO2复合催化剂保持着良好的结构和催化活性稳定性。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 光催化基本原理

1.3 常见半导体光催化能级

1.4 二氧化钛光催化剂

1.5 氮化碳聚合物半导体

1.6 光催化技术在环境净化中的应用与前景展望

1.7本课题的研究意义和主要研究内容

第2章 实验所用试剂、仪器和催化实验

2.1 实验药品和实验仪器

2.2 催化剂表征手段

2.3 催化性能的研究

第3章 g-C3N4/TiO2复合材料光催化性能研究

3.1 引言

3.2 光催化剂g-C3N4/TiO2的制备

3.3 光催化剂g-C3N4/TiO2样品的表征

3.4 光催化剂g-C3N4/TiO2光催化罗丹明B降解实验

3.5 光催化剂稳定性能研究及机理探究

3.6 小结

第4章 异质结g-C3N4/Ag-TiO2光催化剂的光催化性能研究

4.1 引言

4.2 异质结g-C3N4/Ag-TiO2催化剂的制备

4.3 光催化剂的表征

4.4 光催化剂g-C3N4/Ag-TiO2光催化罗丹明B降解实验

4.5 光催化剂稳定性能研究及机理探究

4.6 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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