毕业论文

打赏
当前位置: 毕业论文 > 化学论文 >

改性石墨相氮化碳的制备及其可见光催化性能的研究(4)

时间:2018-09-02 10:10来源:毕业论文
但在实际的光催化反应过程中,石墨相氮化碳表现出一些潜在的弊端。因其禁带宽度为2.7eV,只能吸收低于460nm波长的光,太阳光利用率不高;光生载流子


但在实际的光催化反应过程中,石墨相氮化碳表现出一些潜在的弊端。因其禁带宽度为2.7eV,只能吸收低于460nm波长的光,太阳光利用率不高;光生载流子极易复合,降低催化剂的光催化活性;g-C3N4分子中稳定的C-N二文大π键,具有很强的非极性,这一特征并不利于氧物种的吸附,会影响污染物吸附在半导体表面的数量,从而间接影响光催化反应的效率。为了拓展g-C3N4的应用,如同对TiO2改性以提高其在可见光催化领域的应用[26],可对g-C3N4进行改性,主要从降低带隙能,增大最大光吸收边,降低g-C3N4的光生电子和空穴的复合几率这三个方面入手,从而达到提高g-C3N4的光催化性能的目的。常见的改性方法有掺杂改性(非金属掺杂、金属掺杂),贵金属沉积,片层剥离,以及研制新型复合材料(半导体复合、燃料敏化)[27-30]。
1.3  石墨相氮化碳纳米片层
石墨相氮化碳属于层状材料,具有层状材料共有的特点,即体相g-C3N4为三文晶体堆叠结构,具有范德华力相互作用,层与层之间存在很强的共价键[31]。g-C3N4纳米片则属于2D层状材料,因其特殊性质在太阳能转换、光合作用、电催化、生物成像应用,以及光催化等方面的潜在应用,已经引起了很多科学家的研究兴趣。
1.3.1  石墨相氮化碳纳米片层的特点
犹如将石墨剥离成石墨烯一样[32],将宏观三文g-C3N4减小至微观二文结构时,这就使得g-C3N4在光催化反应体系中粒径减小,单位体积内粒子数增多,相应的单位体系中比表面积越大,有效得提高了反应物与催化剂的接触面积,有利于光催化氧化反应的进行,反应速率和效率也会得到提高[33]。
g-C3N4纳米片属于纳米半导体,纳米半导体离子的量子尺寸效应使其禁带宽度明显变窄,从而使电子/空穴具有更强的氧化-还原电位,能够扩大可降解污染物的种类,拓宽光催化应用的范围。
当g-C3N4纳米片的粒径小于光生电子/空穴复合时移动的距离时,这会减少光生电子/空穴的复合几率,即具有更高的载流子分离效率,这同样有利于提高g-C3N4纳米片的光催化活性。由此可见,相对于体相石墨相氮化碳,石墨相氮化碳纳米片具有更高的光催化活性,在光催化应用中具有相当广阔的研发前景。
1.3.2  石墨相纳米片层的常用制备方法
在体相石墨相氮化碳的基础上,制备g-C3N4纳米片的常用方法有溶剂剥离、高温刻蚀、化学剥离三种方法。下面详细的介绍三种方法的操作步骤及反应机理。
1.3.2.1  溶剂剥离
溶剂剥离是以溶剂为分散介质,体相石墨相氮化碳为原料,对混合溶液进行超声分散。超声处理结束后,对混合液进行离心分离去除分散介质后,从而制得g-C3N4纳米片层。常用的分散介质溶剂有:异丙醇(IPA),N-甲基吡咯烷酮(NMP),水,乙醇,丙酮等。剥离机理是:在超声条件下,通过溶剂分子的相互作用,破坏体相石墨相氮化碳层与层之间的范德华结合表面能,从而成功剥离得到层状石墨相氮化碳。
1.3.2.2  化学分离
化学剥离是利用强酸溶液与体相石墨相氮化碳溶液混合,将强酸分子插入体相石墨氮化碳夹层中,达到分离体相石墨相氮化碳的目的,从而制得单层石墨相氮化碳薄片。
1.3.2.3  高温刻蚀
高温刻蚀则是将制备的体相石墨相氮化碳在一定温度下高温焙烧,得到白色纳米片样品。这种方法是基于在高温条件下,层状聚合物之间氢键不稳定,石墨相氮化碳会开始分解,能够在空气中形成所需要的纳米片层,这种方法操作简易且成本低,适用于大规模生产。
1.3.3  石墨相氮化碳纳米片层的研究进展 改性石墨相氮化碳的制备及其可见光催化性能的研究(4):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_22202.html
------分隔线----------------------------
推荐内容