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西北师范大学王涛J. Mater. Sci. Mater. Electron.:g-C3N4/TiO2纳米纤维的制备及其光催化性能研究
2020/11/26 9:57:51 易丝帮

DOI:10.1007/s10854-020-04890-7

半导体光催化技术是利用太阳能控制环境污染的途径之一。二氧化钛由于其良好的化学稳定性、低毒性和较高的光催化氧化还原能力而成为目前研究和应用最为广泛的半导体光催化材料之一。但是也存在一些问题,诸如仅在紫外线范围内响应,光降解过程中由光产生的电子对的快速复合以及比表面积小。鉴于二氧化钛光催化剂的局限性以及提高新材料性能的关键因素和突破性进展,本研究采用g-C3N4来提高二氧化钛的光催化性能。与其他载体相比,g-C3N4具有良好的导电性、较强的吸附能力和较大的比表面积,是最有前途的载体之一。在这项研究工作中,通过将TiO2纳米线与g-C3N4相结合,制备了g-C3N4/TiO2异质纳米复合材料。首先,需要改变二氧化钛的形态。研究者使用高压静电纺丝技术来实现这一目标。该方法大大增加了比表面积并增加了光催化活性所涉及的活性位点。然后,以三聚氰胺为原料通过高温煅烧制备了g-C3N4。水热法与g-C3N4良好特性的协同作用增强了光生电子的偏转,延长了光生电子-空穴对的寿命。该纳米复合材料的光催化效率大大提高,可在120分钟内将罗丹明B溶液完全降解。

 

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图1.高压静电纺丝工艺示意图


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图2.纯TiO2、纯g-C3N4以及3、5和7wt%g-C3N4/TiO2纳米结构的XRD图谱(◆标记表示锐钛矿TiO2,·标记显示金红石TiO2)


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图3.纯TiO2(a),5wt%g-C3N4/TiO2(b),g-C3N4(c)的SEM图


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图4.a,b)分别为5wt%g-C3N4/TiO2的TEM图像和EDX。c)为5wt%C3N4-TiO2的SAED图谱


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图5.a)纯TiO2、纯g-C3N4以及3、5和7wt%g-C3N4/TiO2纳米结构的UV-Vis吸收光谱,b)(αhm)1/2与能量(hm)的关系图


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图6.纯TiO2和5wt%g-C3N4/TiO2的XPS光谱:宽扫描光谱(a)以及N1s(b),Ti2p(c)和O1s(d)的高分辨率光谱


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图7.a)可见光照射下罗丹明B在不同催化剂上的光降解性能(“无”表示在可见光照射下无光催化剂的光反应);b)不同催化剂的ln(C0/Ct)与反应时间t的动力学拟合曲线


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图8.g-C3N4/TiO2纳米复合材料的光催化机理图


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