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《合肥工业大学》 2017年
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g-C_3N_4基纳米复合材料的制备及其可见光光催化性能的研究

金友来  
【摘要】:光催化技术在解决全球性的能源危机和环境污染问题上已经显示出巨大的潜力。类石墨相氮化碳(g-C_3N_4)由于其优良的热和化学稳定性、无毒以及成本低等优点而受到人们的广泛关注。然而,g-C_3N_4的可见光光催化性能由于其具有比表面积小、可见光吸收能力低和光生电子-空穴对复合快等缺点而受到极大的限制。本论文首先通过热缩聚合成法制备了g-C_3N_4,并通过质子化方法对g-C_3N_4进行了盐酸处理制备了质子化g-C_3N_4(p-g-C_3N_4),然后以p-g-C_3N_4为基底,分别采用超声化学法和沉积-沉淀法将p-g-C_3N_4分别与氧化石墨烯(GO)纳米片和Ag/AgCl纳米颗粒进行复合制备纳米复合材料。最后采用热氧化刻蚀法制备了g-C_3N_4纳米片。通过XRD、TEM、XPS、UV-vis和PL等方法对上述材料的结构、微观形貌以及光学性质进行了表征,并通过可见光照射下降解甲基橙(MO)、盐酸四环素(TC)和环丙沙星(CIP)溶液来评价样品的可见光光催化性能。质子化研究表明,通过盐酸处理后的p-g-C_3N_4具有超薄的层状结构。与单一g-C_3N_4相比,p-g-C_3N_4的光吸收边缘随着盐酸浓度的增加逐渐蓝移,且其光生电子-空穴对的分离效率得到明显增强,当盐酸浓度为3 mol/L时,样品具有最高的可见光光催化性能,在可见光照射2 h后对MO溶液的降解率为30.08%。GO/p-g-C_3N_4纳米复合材料的研究表明,与单一g-C_3N_4相比,GO/p-g-C_3N_4纳米复合材料对可见光的吸收能力以及其光生电子-空穴对的分离效率得到明显增强,当HCl浓度为3 mol/L时,样品具有最高的可见光光催化性能,其在可见光照射2 h后对MO溶液的降解率达到84.94%;在可见光照射4 h后对TC溶液的降解率达到92.43%。同时,GO/p-g-C_3N_4纳米复合材料具有较高的光催化稳定性。Ag/AgCl/p-g-C_3N_4纳米复合材料的研究表明,与单一g-C_3N_4相比,Ag/AgCl/p-g-C_3N_4纳米复合材料对可见光的吸收能力以及其光生电子-空穴对的分离效率得到明显增强,当AgNO3的加入量为0.7 mmol时,样品具有最高的可见光光催化性能,其在可见光照射1 h后对MO溶液的降解率达到90.37%;在可见光照射2 h后对TC和CIP溶液的降解率分别为92.47%和76.06%。同时,Ag/AgCl/p-g-C_3N_4纳米复合材料具有较高的光催化稳定性。热氧化刻蚀的研究表明,经过热氧化刻蚀处理后的g-C_3N_4纳米片呈现出一种蓬松的类似聚合物的形貌,与单一g-C_3N_4相比,g-C_3N_4纳米片的光吸收边缘随着刻蚀温度的增加逐渐蓝移,对当刻蚀温度达到475℃时,样品具有最高的可见光光催化性能,其在可见光照射2 h后对MO的降解率达到74.43%。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O643.36;O644.1;TB33

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