水凝胶负载的纳米银/氮化碳光催化剂的制备及性能研究

摘要

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))具有独特的二维平面结构和半导体能带结构,广泛应用于光催化。但其又存在光生电子空穴对复合过快、可见光利用效率低、在水中分散性差等问题,阻碍了其实际应用。本研究以海藻酸钠制备的水凝胶为基体,通过与负载银纳米颗粒(AgNPs)的g-C_(3)N_(4)复合,提升光生电子–空穴的分离效率,同时解决催化剂在水中的分散性问题,改善其光催化性能。首先,采用热聚合法合成g-C_(3)N_(4),结合超声的高能量使其剥离成纳米片;然后采用溶液法在g-C_(3)N_(4)表面原位生成银纳米颗粒,制备得到负载银纳米颗粒的g-C_(3)N_(4)(Ag@C_(3)N_(4));最后以海藻酸钠(SA)为前驱体通过钙离子交联的方法得到负载有Ag@C_(3)N_(4)的水凝胶(SA/Ag@C_(3)N_(4))。通过不同手段表征SA/Ag@C_(3)N_(4)的形貌、微观结构和相组成;以甲基橙为模型物,SA/Ag@C_(3)N_(4)的光催化降解速率是Ag@C_(3)N_(4)的2.5倍。通过光致发光谱、时间分辨光致发光谱、电子顺磁共振波谱等表征手段对材料的催化机理进行探究。结果显示,体系中银纳米颗粒表面等离子体共振效应与海藻酸钠水凝胶的多孔结构及传质通道发挥协同效应,促进了光催化性能的提升。