黑色TiO2-G-C3N4光催化劑的制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、光催化技術(shù)在處理有機污染物和解離水制備氫氣方面的應(yīng)用被認為是解決環(huán)境問題和能源危機最有前景的技術(shù)之一。在眾多的光催化材料中，TiO2由于其低成本，催化活性高，穩(wěn)定性好和無毒等優(yōu)點被認為是一種優(yōu)異的光催化劑。然而，TiO2在應(yīng)用中表現(xiàn)的催化活性不高，主要是由于其帶隙能較大和光生電子-空穴的快速復(fù)合。與白色TiO2相比，黑色TiO2表現(xiàn)出更好的光吸收能力，由于其具有大量的Ti3+和氧空位(Ov)。為進一步擴大TiO2材料的實際應(yīng)用，需要提高

2、其光生電子-空穴的分離能力，改性方法中的半導(dǎo)體復(fù)合可以很有效地降低TiO2中光生電子-空穴的復(fù)合效率。類石墨相氮化碳(g-C3N4)是一種無毒，穩(wěn)定性好且反應(yīng)條件溫和的非金屬光催化劑。g-C3N4的帶隙能為2.7 eV，具有良好的可見光響應(yīng)。TiO2/g-C3N4復(fù)合材料可以提高降解染料和產(chǎn)氫方面的可見光光催化性能。
　　本文制備了TiO2/g-C3N4和黑色TiO2納米帶/g-C3N4復(fù)合材料。運用XRD，F(xiàn)T-IR，SEM，T

3、EM，XPS，N2-BET和UV-Vis對制備樣品進行表征。以甲基橙為目標(biāo)污染物，考察了不同原料配比和煅燒溫度的復(fù)合材料對其降解的效率，并且考察了在AM1.5模擬太陽光光照下復(fù)合材料的產(chǎn)氫性能。主要內(nèi)容包括：⑴以鈦酸丁酯和三聚氰胺為原材料，采用水熱法制備TiO2納米粒子，再用煅燒方法制備TiO2/g-C3N4復(fù)合材料。實驗結(jié)果顯示，原材料的質(zhì)量比為1∶6，煅燒溫度為550℃時，復(fù)合材料表現(xiàn)出的催化活性最高。⑵通過水熱-煅燒過程和固相原位

4、還原方法制備黑色TiO2納米帶/g-C3N4復(fù)合材料。表征結(jié)果顯示黑色TiO2納米帶和g-C3N4之間形成特殊層積的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，有助于促進光生電子-空穴對的分離。并且Ti3+和g-C3N4的存在可以加強催化劑對可見光的吸收。在可見光照射下，黑色TiO2納米帶/g-C3N4復(fù)合材料在降解甲基橙(95％)和產(chǎn)氫(555.8 umol h-1 g-1)方面表現(xiàn)出高的光催化活性。黑色TiO2納米帶/g-C3N4復(fù)合材料降解甲基橙過程中的速率常數(shù)