基于g-C_3N_4传统Ⅱ型异质结和Z型异质结复合光催化剂的构建及其性能研究

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g-C3N4基光催化剂的合成及性能优化的研究

g-C3N4基光催化剂的合成及性能优化的研究g-C3N4基光催化剂的合成及性能优化的研究近年来，光催化技术因为其在环境污染治理、能源转化和有机合成等方面的巨大潜力，受到了广泛的关注。

在这些应用中，g-C3N4基光催化剂因其可见光响应和较高的光催化活性而备受瞩目。

g-C3N4是一种类似于石墨烯的二维材料，由碳、氮元素组成。

由于其具有较高的可见光吸收能力和良好的电子传导性，因此成为制备光催化剂的有力候选材料。

然而，纯g-C3N4的光催化活性较低，主要原因是其带隙能量较大，不利于可见光的吸收。

因此，针对g-C3N4的合成和性能优化成为了当前研究的热点之一。

目前，研究者们通过一系列方法来合成g-C3N4光催化剂，并改善其光催化性能。

一种常见的方法是通过热聚合的方式制备g-C3N4。

通常，蓝薯、尿素等富含氮元素的有机物被选择为前身，经过简单的热处理即可得到g-C3N4材料。

此外，研究者们还探索了其他合成方法，如溶剂热法、微波辐射法和气相沉积法等。

这些方法在改善光催化性能方面发挥了积极的作用。

为了进一步提高g-C3N4光催化剂的性能，研究者们采用了多种方法对其进行改性。

一种常见的方法是通过掺杂其他元素来引入缺陷或能带调制。

例如，研究者们通过掺杂金属等元素，有效降低了g-C3N4的带隙能量，并增强了其可见光吸收能力。

此外，还有研究表明，通过改变g-C3N4的形貌和结构，也可以显著改善其光催化性能。

如采用纳米多孔结构、片状结构等形貌设计，可以增加催化剂的比表面积和光响应能力。

除了合成和形貌结构的改进，提高光催化性能还需要研究者们合理设计反应体系。

例如，在选择催化剂和底物的组合时，需要考虑其能级匹配和反应活性。

此外，还需要优化催化条件，如光照强度、反应温度、pH值等，以提高催化效率。

同时，研究者们也在不断探索新的催化机制，以深入理解g-C3N4光催化剂的工作原理。

综上所述，g-C3N4基光催化剂的合成及性能优化的研究是一个复杂而富有挑战性的领域。

g-C3N4基光催化复合材料制备及甲醛净化性能

g-C3N4基光催化复合材料制备及甲醛净化性能g-C3N4基光催化复合材料制备及甲醛净化性能摘要：甲醛是一种常见的室内有机污染物，对人体健康会造成一定的危害。

因此，发展高效、低成本的甲醛净化材料具有重要的实际意义。

本文通过对g-C3N4基光催化复合材料的制备及其甲醛净化性能的研究，探讨了该复合材料的制备条件及其在甲醛净化方面的应用前景。

1. 引言室内空气质量直接关系到人们的身体健康，而甲醛是室内环境中常见的有机污染物之一。

研究表明，长期接触高浓度的甲醛会对人的呼吸系统、神经系统和免疫系统等产生不良影响。

因此，开发高效的甲醛净化材料对于室内空气净化至关重要。

2. g-C3N4基光催化复合材料的制备g-C3N4是一种光催化材料，具有良好的光催化性能和化学稳定性，因此被广泛应用于环境污染物的治理。

制备g-C3N4基光催化复合材料的方法有多种，其中包括溶液法、水热法和溶胶凝胶法等。

本文采用水热法制备了g-C3N4基光催化复合材料。

具体制备步骤如下：将尿素与硝酸铜溶液混合，在热水浴中加热搅拌，得到蓝色沉淀。

之后，将蓝色沉淀经过洗涤和干燥处理，得到g-C3N4基光催化复合材料。

3. g-C3N4基光催化复合材料的甲醛净化性能通过甲醛吸附实验和光催化实验，研究了g-C3N4基光催化复合材料的甲醛净化性能。

实验结果表明，g-C3N4基光催化复合材料对甲醛有很好的吸附性能，可显著降低甲醛浓度。

同时，当材料暴露在紫外光照射下时，其光催化性能能够进一步提高，对甲醛的降解效果更显著。

这是因为g-C3N4基光催化复合材料具有良好的光吸收性能和光生电子-空穴对的分离能力，可有效提高催化反应的速率。

4. 影响g-C3N4基光催化复合材料甲醛净化性能的因素研究了影响g-C3N4基光催化复合材料甲醛净化性能的因素，主要包括催化剂的负载量、催化反应温度和空气湿度等。

结果表明，适当增加催化剂的负载量和提高催化反应温度有助于提高甲醛的降解率。

g-c3n4／g-c3n4异质结结构的制备及其光催化性能

第３４卷　第２期陕西科技大学学报Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．２　２０１６年４月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｐｒ．２０１６*　文章编号：１０００-５８１１（２０１６）０２-００５９-０５ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结结构的制备及其光催化性能李军奇，郝红娟，周　健，崔明明，孙　龙，袁　欢（陕西科技大学材料科学与工程学院，陕西西安　７１００２１）摘　要：采用简单的热分解法，分别以硫脲、尿素及硫脲和尿素混合物等为原料，制备了三种具有不同能带结构的石墨相氮化碳（ｇ-Ｃ３Ｎ４），并使用ＸＲＤ、ＡＦＭ、ＳＥＭ、ＵＶ-ｖｉｓ等测试方法对所制备样品的晶相结构、形貌、以及光吸收能力等进行了表征，同时研究了不同能带结构的样品对甲基橙的光降解性能．结果表明：制备出的三种样品均是以三嗪环为基本结构单元的片层状化合物．其中，以硫脲和尿素混合物为原料制备出的ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结厚度为１．０５ｎｍ，禁带宽度为２．７５ｅＶ，其对甲基橙的降解效率高于分别以硫脲、尿素为原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４，这是因为制备出的ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结结构，促进了电荷的有效分离和传输，提高了可见光光催化活性．关键词：石墨相氮化碳；异质结；可见光；电荷的分离与传输中图分类号：Ｏ６４文献标志码：ＡＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒｅｎｈａｎｃｅｄｖｉｓｉｂｌｅ-ｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓＬＩＪｕｎ-ｑｉ，ＨＡＯＨｏｎｇ-ｊｕａｎ，ＺＨＯＵＪｉａｎ，ＣＵＩＭｉｎｇ-ｍｉｎｇ，ＳＵＮＬｏｎｇ，ＹＵＡＮＨｕａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｗｏｒｋｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｆａｃｉｌｅｉｎｓｉｔｅｔｈｅｒｍｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｃｏｎ-ｓｔｒｕｃｔｇ-Ｃ３Ｎ４，ｇ-Ｃ３Ｎ４ｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｕｒｅａ，ｔｈｉｏｕｒｅａａｎｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓｏｆｕｒｅａａｎｄｔｈｉｏｕｒｅａ．Ｔｈｅａｓ-ｐｒｅｐａｒｅｄｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＸＲＤ，ＡＦＭ，ＳＥＭ，ＵＶ-ｖｉｓｆｏｒｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙｏｆｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ．ＴｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｗａｓｔａｋｅｎｏｕｔｂｙｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆＭＯｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｗｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ．Ｔｈｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｓａｍｐｌｅｓｈａｖｅｔｈｅｓａｍｅｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｙａｌｌｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ-Ｔｒｉａｚｉｎｅｓｕｎｉｔｓｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４ｉｓ１．０５ｎｍａｎｄｔｈｅｂａｎｄｇａｐｅｎｅｒｇｉｅｓｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４ｉｓ２．７５ｅＶ，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｐｏｓｓｅｓｓｅｘ-*收稿日期：２０１５-１０-２８基金项目：国家自然科学基金项目（５１２０３１３６）；陕西科技大学学术骨干培育计划项目（ＸＳＧＰ２０１２０２）；陕西科技大学自然科学基金项目（ＺＸ１１-１４）作者简介：李军奇（１９７８－），男，陕西西安人，副教授，博士，研究方向：环境催化材料陕西科技大学学报第３４卷ｃｅｌｌｅｎｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｔｈａｎｔｈｅｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅｇ-Ｃ３Ｎ４（ｔｈｉｏｕｒｅａ）ａｎｄｇ-Ｃ３Ｎ４（ｕｒｅａ）ｕｎ-ｄｅｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ．Ａｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｃｈａｒｇｅａｎｄｅｎｈａｎｃｅｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇ-Ｃ３Ｎ４；ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ；ｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ；ｃｈａｒｇｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒ０　引言石墨相氮化碳（ｇ-Ｃ３Ｎ４）作为一种典型的聚合物半导体，因其独特的半导体能带结构和优异的化学稳定性，广泛应用于光催化领域，如光催化降解有机物［１］、光催化分解水制氢［２］等．然而，纯的ｇ-Ｃ３Ｎ４因其光生电子-空穴对的高复合率，其光催化活性受到了限制．因此，应通过对ｇ-Ｃ３Ｎ４进行改性来提高其光催化活性．例如，通过金属掺杂［３］（如Ａｇ）、非金属掺杂（如Ｓ、Ｂ、Ｏ等）［４-７］、半导体复合（如ＣｄＳ、Ｂｉ２ＷＯ６等）［８，９］来对其进行改性．但是，这些结果并不理想．对于这一问题，应寻找不同的方法，来提高半导体材料的电子和空穴的转移．通常情况下，ｇ-Ｃ３Ｎ４都是用氮含量丰富的前驱体高温分解来制备．例如，氰胺、二聚氰胺、三聚氰胺、三聚硫氰酸、尿素［１，１０，１１］等．但是，上述前驱体原材料在制备ｇ-Ｃ３Ｎ４过程中往往涉及到较为复杂的步骤或者制备出的样品催化性能不显著［１２］．同时，更重要的一点是，ｇ-Ｃ３Ｎ４其本身类似于高分子的结构而不利于光生电子空穴的有效分离和传输，致使其光催化性能不够理想．针对这些问题，研究人员试图通过多种方法来调控ｇ-Ｃ３Ｎ４的结构，以改进其性能［１３］．考虑到ｇ-Ｃ３Ｎ４聚合物的性质，可使用不同的前驱体来调整ｇ-Ｃ３Ｎ４的能带结构，从而提高光生电子空穴对的有效分离和传输［１３］．如果采用两种原料制备的氮化碳的能带结构能够匹配，形成异质结构，就可以提供一种新颖的方法来解决ｇ-Ｃ３Ｎ４固有的缺陷，在没有依赖额外半导体的情况下促进电子空穴的分离以增强光催化性能．为此，本研究设计以硫脲和尿素混合物为原料制备出了石墨相氮化碳异质结结构，形成了同型异质结（ｎ－ｎ同型异质结），促进了半导体界面电子空穴转移，从而提高了光催化性能．１　实验部分１．１　实验药品硫脲（Ｈ２ＮＣＳＮＨ２，≥９９．０％，天津市滨海科迪化学试剂有限公司）；尿素（Ｈ２ＮＣＯＮＨ２，≥９９．０％，天津市福晨化学试剂厂）；无水乙醇（ＥｔＯＨ，９９．７％，天津市河东区红岩试剂厂）；实验中所用水均为去离子水．１．２　样品的制备称取一定量的原料，加入３０ｍＬ的去离子水，搅拌均匀得到黄色溶液，将混合均匀的溶液在６０℃下干燥１２ｈ，转入氧化铝坩埚中并加盖，在马弗炉里面煅烧，以１５℃／ｍｉｎ的升温速率加热到５５０℃，保温２ｈ．反应完全后，将氧化铝坩埚冷却至室温，最后得到黄色ｇ-Ｃ３Ｎ４，并将其研磨收集并进一步使用．在冷却过程中生成的气体被稀释过的碱性溶液吸收．其中，以硫脲为原料制备的样品记为ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲），以尿素为原料记为ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素），以尿素和硫脲按１∶１混合为原料记为ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４．１．３　样品的分析与表征采用日本Ｒｉｇａｋｕ公司的Ｄ／Ｍａｘ-２２００ＰＣ型Ｘ射线衍射仪（Ｘ-ｒａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ＸＲＤ）对样品的成分和结晶度等进行分析（ＣｕＫα辐射，λ＝０．１５４１８ｎｍ，管压４０ｋＶ，管流４０ｍＡ，狭缝ＤＳ、ＲＳ和ＳＳ分别为１°、０．３ｍｍ和１°）；采用Ｓ-４８００型日立扫描电子显微镜（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭｉｃｒｏｓｃｏ-ｐｙ，ＳＥＭ）对所制备样品的形貌进行表征；采用紫外可见吸收光谱仪（ＵＶ-ＶＩＳ，Ｌａｍｂｄａ９５０，ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ）对样品的吸附性能进行分析；采用ＳＰＩ３８００Ｎ／ＳＰＡ４００型日本精工原子力显微镜（Ａ-ｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＡＦＭ）对样品的厚度进行分析．１．４　催化剂的评价光催化降解实验采用氙灯作为光源，通过波长大于４２０ｎｍ的滤波片过滤掉紫外光部分．套杯外层通入冷凝水以确保催化反应的温度恒定．以浓度为１０ｍｇ／Ｌ、体积为１０ｍＬ的甲基橙溶液为目标降解物，催化剂加入量为０．０１ｇ．先暗反应３０ｍｉｎ，以确保达到吸附平衡，然后光反应，进行采点．取样后将样品离心，并取其上清液进行紫外测试，做出紫外吸收光谱．・０６・第２期李军奇等：ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结结构的制备及其光催化性能２　结果与讨论２．１　ＸＲＤ测试图１为不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的ＸＲＤ衍射图．从图１可以看出，采用不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４具有两个明显的衍射峰，在２θ＝１３．８°、２７．３°处，分别对应于ｇ-Ｃ３Ｎ４（ＰＤＦＮｏ．８７-１５２６）卡片中的（１００）和（００２）晶面，说明所合成样品中有三－Ｓ－三嗪单元存在［１］．位于１３．８°处的峰是均三嗪单元的面内结构峰；而位于２７．３°处的最强峰是芳香环系统典型的层间堆垛峰．同时，从图１还可以看出，没有杂相的衍射峰出现，说明实验过程中所得的产物为纯相的ｇ-Ｃ３Ｎ４．图１　不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的ＸＲＤ图图２为三种样品（００２）晶面对应衍射峰的放大图．从图２可以看出，ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）（００２）晶面的衍射角（２７．３°）相对于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）的衍射角（２６．９°）向大角度偏移，这是因为尿素中额外留下的特征序列的氧促进了缩合过程，并确保了结构的完整性．通过计算，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）晶面间距分别是０．３２７ｎｍ和０．３２３ｎｍ，表明了ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的晶体结构为密堆积形式．进一步从图２中观察到，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的衍射角（２７．１°）位于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）之间，确认了ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇＣ３Ｎ４异质结的形成［１２］．由于分子组合前驱体的使用，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）之间的电子的耦合发生在原子能级．２．２　ＳＥＭ表征结果图３为以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的扫描电镜图．从图３（ａ）可以看出，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）是由密集的厚层组成的块状结构；从图３（ｂ）可以看出，ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）是由片状薄层组成，结构类似于石墨烯纳米片．ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的形貌有所不同，是因为硫脲和尿素有不同的分子结构，硫脲中图２　（００２）晶面对应衍射峰的放大图有硫原子，尿素中有氧原子，在氮化碳的缩合和纳米结构的形成中具有重要作用．图３（ｃ）和３（ｄ）是ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的扫描照片，从图中可以看出它类似于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）片层状的结构．（ａ）ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）（ｂ）ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）（ｃ）、（ｄ）ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结图３　ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）、ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）、ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结的ＳＥＭ图２．３　ＡＦＭ分析图４为以硫脲和尿素混合物为原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４纳米片的ＡＦＭ图和厚度分析．从图４（ａ）中可以看到，ｇ-Ｃ３Ｎ４普遍呈片状分布；从图４（ｂ）和图４（ｃ）中可以看到，谷底的位置位于６．５１ｎｍ处，谷口的位置位于７．５１ｎｍ处，这两个点的高度差为１．０５ｎｍ，即为ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４纳米片的厚度．通常情况下，单层ｇ-Ｃ３Ｎ４的厚度约为０．３２５ｎｍ．ｇ-Ｃ３Ｎ４纳米片的厚度为１．０５ｎｍ，与单层纳米片的厚度相比较，可以得知所测数据大概是两三层纳米片的厚度，虽然在ＳＥＭ图上没有呈现出单层纳米片的形貌，这主要是因为在制样过程中纳米片之间会发生团聚和交叠的现象．ＡＦＭ的结果表明，以硫脲和尿素混合物为原料成功地制备出了片层状ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４．２．４　紫外可见吸收光谱图５为以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的紫外-可・１６・陕西科技大学学报第３４卷（ａ）ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的ＡＦＭ图（ｂ）、（ｃ）ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４纳米片的厚度分析图图４　ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的ＡＦＭ图及ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４纳米片的厚度分析见漫反射图谱．从图５可以清楚地看出，三种样品在可见光区有较强的吸收．ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）的吸收边在４６１ｎｍ处，ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的吸收边在４３１ｎｍ处，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的吸收边（４５１ｎｍ）位于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）之间．从图５也可以看出，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）较于ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）有很强的吸收强度，这是因为硫脲和尿素不同的缩合度造成．图５　以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的紫外-可见漫反射光谱图６为以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的禁带宽度．通过公式Ｅｇ＝１２４０．８／λ（Ｅｇ为禁带宽度，λ为最强吸收峰的波长）计算出，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）的禁带宽度为２．６９ｅＶ，ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的禁带宽度为２．８７ｅＶ，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的禁带宽度为２．７５ｅＶ，计算结果与图６一致．从图６可以看出，ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的禁带宽度相对于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）发生了蓝移，这是因为热处理过程中量子效率的限制导致ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）形成薄片结构，另一方面是由于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）不同的缩合度和尺寸大小引起．而ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的禁带宽度位于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）之间，进一步证明了ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结的形成．图６　以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的禁带宽度２．５　光催化性能为了评价所合成的催化剂的光催化性能，在可见光的照射下，使用甲基橙溶液（１０ｍｇ／Ｌ）作为模拟污染物进行光催化降解实验．图７为以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４对甲基橙的降解图．由图７可知，三种样品在３ｈ内对甲基橙的降解效率分别是８％、３３％和４８％．很明显，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结比ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的光催化性能好．图７　在可见光下以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４对甲基橙的降解随时间变化的曲线图影响光催化性能的原因很多，而本次实验主要与以不同原料制备出能带结构不同的ｇ-Ｃ３Ｎ４密切相关．已有相关文献报道［１２］，ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的价带位置比ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）更正，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）的导带位置比ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）更负，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）导带位置分别位于－０．８５ｅＶ和－０．７５ｅＶ，价带位置位于１．５８ｅＶ和１．９８ｅＶ．基于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的导带和价带位置，其能带结构相互匹配，形成ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结，有利于光生电子空穴对的有效分离和传・２６・第２期李军奇等：ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结结构的制备及其光催化性能输．促进电子空穴分离的机理如图８所示．ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结在可见光照射下，光生电子从ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）的导带转移到ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的导带，而光生空穴从ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的价带转移到ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）的价带，电荷的转移过程有利于克服Ｆｒｅｎｋｅｌ激子的电离以及使得电子和空穴稳定．电子流向异质结（ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素））的一侧，而空穴流向异质结（ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲））的另一侧，减少了电子空穴对的结合．内部电子领域的建立从图８中也可以看出，两种不同晶相的ｇ-Ｃ３Ｎ４光生电子空穴的分离以及电荷的结合得到了抑制，这有利于增强光催化性能．此外，电荷的快速转移和光生电荷载流子寿命的延长，致使与催化剂载体得到充分的反应．图８　ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结的机理图３　结论通过简单的热分解法，基于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）能带结构不同，成功地制备出了ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４光催化异质结．利用各种表征手段对样品的结构、组成、形貌、降解效率和形成机理等进行了仔细分析并认为：以硫脲和尿素混合物为原料制备出的ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结催化剂，具有很好的光催化性能．这主要是因为ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）有不同的能带结构，使得价带和导带位置能够很好地匹配，通过能带的不连续性，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结结构促进了电荷的分离传输并延长了电荷的寿命，导致在可见光照射下，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结催化剂具有很好的光催化性能．参考文献［１］ＹａｎＳＣ，ＬｉＺＳ，ＺｏｕＺＧ．Ｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４ｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｄｉｒｅｃｔｌｙｈｅａｔｉｎｍｅｌ［Ｊ］．Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００９，２５（１７）：１０３９７-１０４０１．［２］ＣａｏＳＷ，ＹｕＪＧ．ｇ-Ｃ３Ｎ４Ｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒｈｙｄｒｏ-ｇｅｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪＰｈｙＣｈｅｍＬｅｔｔ，２０１４，５：２１０１-２１０７．［３］ＷａｎｇＸ，ＣｈｅｎＸ，ＴｈｏｍａｓＡ，ｅｔａｌ．Ｍｅｔａｌ-ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｃａｒ-ｂｏｎｎｉｔｒｉｄｅｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：Ａｎｅｗｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｏｒｇａｎｉｃｍｅｔａｌｈｙ-ｂｒｉｄ［Ｊ］．ＡｄｖＭａｔｅｒ，２００９，２１（１６）：１６０９-１６２１．［４］ＬｉｕＧ，ＮｉｕＰ，ＳｕｎＣＨ，ｅｔａｌ．Ｕｎｉｑｕｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｕｃｅｄｈｉｇｈｐｈｏｔｏｒｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｓｕｌｆｕｒ-ｄｏｐｅｄｇｒａｐｈｉｔｉｃＣ３Ｎ４［Ｊ］．ＪＡｍＣｈｅｍＳｏｃ，２０１０，１３２（３３）：１１６４２-１１６４８．［５］ＹａｎＳＣ，ＬｉＺＳ，ＺｏｕＺＧ．Ｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｒｈｏｄａｍｉｎｅｂａｎｄｍｅｔｈｙｌｏｒａｎｇｅｏｖｅｒｂｏｒｏｎ-ｄｏｐｅｄｇ-Ｃ３Ｎ４ｕｎｄｅｒｖｉｓｉ-ｂｌｅｌｉｇｈｔｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２０１０，２６（６）：３８９４-３９０１．［６］ＬｉＪＨ，ＳｈｅｎＢ，ＨｏｎｇＺＨ，ｅｔａｌ．Ａｆａｃｉｌｅａｐｐｒｏａｃｈｔｏｓｙｎ-ｔｈｅｓｉｚｅｎｏｖｅｌｏｘｙｇｅｎ-ｄｏｐｅｄｇ-Ｃ３Ｎ４ｗｉｔｈｓｕｐｅｒｉｏｒｖｉｓｉｂｌｅ-ｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ［Ｊ］．ＣｈｅｍＣｏｍｍｕｎ，２０１２，４８（９８）：１２０１７-１２０１９．［７］ＲｕａｎＬＷ，ＱｉｕＬＧ，ＺｈｕＹＪ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４ｗｉｔｈｃａｒｂｏｎ-ｐｏｓｉｔｉｏｎｄｏ-ｐｉｎｇ［Ｊ］．ＡｎｔａＰｈｙｓＣｈｉｍＳｉｎ，２０１４，３０（１）：４３-５２．［８］ＧｅＬ，ＺｕｏＦ，ＬｉｕＪＫ，ｅｔａｌ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｈｙｄｒｏｇｅｎｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｍｅｒｉｃｇ-Ｃ３Ｎ４ｃｏｕｐｌｅｄｗｉｔｈＣｄＳｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ［Ｊ］．ＪＰｈｙｓＣｈｅｍＣ，２０１２，１１６（２５）：１３７０８-１３７１４．［９］ＴｉａｎＹＬ，ＣｈａｎｇＢＢ，ＬｕＪＬ，ｅｔａｌ．Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｓｙｎｔｈｅ-ｓｉｓｏｆｇｒａｐｈｉｔｉｃｃａｒｂｏｎｎｉｔｒｉｄｅ-Ｂｉ２ＷＯ６ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｅｎｈａｎｃｅｄｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ［Ｊ］．ＡＣＳＡｐｐｌＭａｔｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２０１３，５：７０７９-７０８５．［１０］ＸＣＷａｎｇ，ＫＭａｅｄａ，ＡＴｈｏｍａｓ，ｅｔａｌ．Ａｍｅｔａｌ-ｆｒｅｅｐｏｌｙ-ｍｅｒｉｃｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒｈｙｄｒｏｇｅｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍｗａｔｅｒｕｎｄｅｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ［Ｊ］．ＮａｔＭａｔｅｒ，２００９，８（１）：７６-８０．［１１］ＮｉｕＰ，ＺｈａｎｇＬＬ，ＬｉｕＧ，ｅｔａｌ．Ｇｒａｐｈｅｎｅ-ｌｉｋｅｃａｒｂｏｎｎｉ-ｔｒｉｄｅｎａｎｏｓｈｅｅｔｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ［Ｊ］．ＡｄｖＦｕｎｃｔＭａｔｅｒ，２０１２，２２（２２）：４７６３-４７７０．［１２］李　明，李雪飞，李秀艳，等．具有高催化和吸附活性的片层状石墨相氮化碳的制备与表征［Ｊ］．吉林师范大学学报，２０１３，３４（４）：１２-１４．［１３］ＤｏｎｇＦ，ＺｈａｏＺＷ，ＸｉｏｎｇＴ，ｅｔａｌ．Ｉｎｓｉｔｕｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｉｎｓｉｔｕｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４ｍｅｔａｌ-ｆｒｅｅｈｅｔｅｒｏ-ｊｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒｅｎｈａｎｃｅｄｖｉｓｉｂｌｅ-ｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓｅｎ-ｈａｎｃｅｄｖｉｓｉｂｌｅ-ｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌＭａｔｅｒＩｎｔｅｒ，２０１３，５（２１）：１１３９２-１１４０１．【责任编辑：晏如松】・３６・。

基于g-C3N4的Z型光催化体系研究进展

基于g-C3N4的Z型光催化体系研究进展陈博才;沈洋;魏建红;熊锐;石兢【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2016(032)006【摘要】导电聚合物型光催化材料g-C3N4有着独特的电子结构、稳定的化学性能和显著的可见光催化活性.基于g-C3N4的Z型光催化体系(Z-g-C3N4)的催化效率高、电子-空穴复合率低而备受关注,在光催化领域展现出了巨大的应用潜力.本文阐述了Z-g-C3N4型光催化反应体系的作用机理,综述了Z-g-C3N4在光催化领域的研究进展,介绍了Z-g-C3N4在产氢、转化CO2、降解有机物等光催化领域的应用,讨论了pH值、导电介质等因素对Z-g-C3N4光催化性能的影响.最后指出了Z-g-C3N4光催化体系在研究过程中面临的问题和研究方向.【总页数】12页(P1371-1382)【作者】陈博才;沈洋;魏建红;熊锐;石兢【作者单位】武汉大学物理科学与技术学院,人工微纳结构教育部重点实验室,武汉430072;武汉大学物理科学与技术学院,人工微纳结构教育部重点实验室,武汉430072;武汉大学物理科学与技术学院,人工微纳结构教育部重点实验室,武汉430072;武汉大学物理科学与技术学院,人工微纳结构教育部重点实验室,武汉430072;武汉大学物理科学与技术学院,人工微纳结构教育部重点实验室,武汉430072【正文语种】中文【中图分类】O643【相关文献】1.基于Ag3PO4的全固态Z型光催化体系研究进展 [J], 葛明;李振路2.全固态Z型光催化体系研究进展 [J], 方鹏飞;王忠川;于欢;王卫伟3.基于g-C3N4的光催化剂系统在水净化方面的研究进展 [J], 蔡强;唐镭;徐思俊;但金龙;白瑞;宋梦雨;杨若男;黄夕芸;周佳雯4.基于g-C3N4异质结复合材料光催化降解污染物的研究进展 [J], 刘畅;张志宾;王有群;钟玮鸿;刘云海5.基于Ⅱ型和Z型Ag3PO4基异质结光催化材料的研究进展 [J], 杜春艳;宋佳豪;谭诗杨;阳露;张卓;王世涛;余关龙;禹丽娥因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》

《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》篇一一、引言随着全球能源需求的增长和传统能源的日益枯竭，寻找清洁、可再生的能源已经成为全球关注的焦点。

光催化制氢技术以其环保、可持续、可再生等优势受到了广泛的关注。

在众多的光催化材料中，全有机异质结材料因其结构独特、制备工艺简单等优点备受关注。

本文以g-C3N4为研究对象，通过制备全有机异质结光催化剂，探讨其制氢性能及潜在应用。

二、g-C3N4概述g-C3N4是一种具有独特二维层状结构的非金属光催化剂。

其优点在于结构稳定、制备成本低、无毒等。

此外，g-C3N4具有较好的可见光吸收性能，能够在可见光下驱动水分解制氢，是一种极具潜力的光催化材料。

三、全有机异质结光催化剂的制备与表征本研究采用全有机异质结结构，通过将不同能级的有机分子与g-C3N4结合，形成异质结结构。

首先，通过化学气相沉积法制备g-C3N4纳米片；然后，将具有合适能级的有机分子通过物理吸附或化学键合的方式与g-C3N4结合，形成全有机异质结光催化剂。

通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的光催化剂进行表征，证实了全有机异质结结构的成功制备。

四、光催化制氢性能研究本部分主要研究全有机异质结光催化剂的制氢性能。

首先，在模拟太阳光照射下，对所制备的光催化剂进行光催化制氢实验。

实验结果表明，全有机异质结光催化剂具有较高的制氢速率和稳定性。

此外，通过改变有机分子的种类和含量，可以调节光催化剂的能级结构，进一步优化其制氢性能。

同时，我们还研究了催化剂的循环使用性能和稳定性，发现该催化剂具有良好的循环使用性能和长期稳定性。

五、性能优化与机理探讨为了进一步提高全有机异质结光催化剂的制氢性能，我们进行了性能优化研究。

通过改变催化剂的制备条件、调节有机分子的种类和含量等手段，实现了制氢性能的显著提升。

此外，我们还通过理论计算和实验手段探讨了光催化制氢的机理。

结果表明，全有机异质结结构能够有效地促进光生电子和空穴的分离和传输，从而提高光催化制氢的效率。

g-C_3N_4基纳米复合材料的制备及其光催化性能研究

g-C_3N_4基纳米复合材料的制备及其光催化性能研究五颜六色的饰品、家具早已成为了生活中必不可少的点缀,而印染业大量使用人工有机染料却可能正在毁坏着环境。

近年来,保护环境的号召喊得越来越响亮,如何利用一种对环境友好且高效节能的技术来解决环境污染的问题成为了新世纪科学家们关心的话题。

在上述背景下,半导体光催化技术作为一种绿色无污染的技术,在解决环境污染问题尤其是水污染方面的问题得到了研究者们广泛的关注。

TiO2作为一种传统的光催化剂,其在能源与环境领域被研究者们研究了很久。

但是TiO2的缺点也很明显,比如它的带隙较大（大约是3.2eV）只能吸收太阳光中处于紫外光区的光,这一点严重地限制了其对太阳光的使用率。

鉴于此,探索一种使用可见光进行催化的光催化剂成为了光催化研究领域的一大热门方向。

g-C3N4是近些年光催化领域研究的一个热门半导体材料,其禁带宽度比TiO2要小（大约是2.7eV）,对可见光有吸收。

除此之外,g-C3N4具有化学稳定性好、制备方法简便、原料来源丰富等优点。

但是g-C3N4也有缺点比如:比表面积较小、光生电子和空穴的复合率较高、光催化效率不高等。

构建表面异质结和用金属元素掺杂是改性光催化剂的重要方法,本文从以上两个角度考虑,成功制备出了TiO2纳米棒/g-C3N4纳米片异质结、镧掺杂g-C3N4纳米片和钆掺杂g-C3N4纳米片。

g-C3N4同型异质结复合光催化剂的制备及性能研究

2019年第19期广东化工第46卷总第405期·23·g-C3N4同型异质结复合光催化剂的制备及性能研究吕文华，周月，秦恒飞，朱炳龙*，周全法*(江苏理工学院化学与环境工程学院，江苏常州213001)Fabricate of g-C3N4Isotype Heterojunctionn Composite for EnhancedPhotocatalytic PerformanceLv Wenhua,Zhou Yue,Qin Hengfei,Zhu Binglong*,Zhou Quanfa*(Department of Chemical and Environmental Engineering,Changzhou213001,China)Abstract:Graphite carbon nitride(g-C3N4)is considered as a promising photocatalyst material due to its suitable band gap and excellent physicochemical stability.However,the photocatalytic performance and application of g-C3N4are limited by the fast recombination of photoinduced electron-hole pairs and relatively low specific surface area.A new method to solve this problem via use another suitable precursor tripolythiocyanic acid and thiourea copolycondensation is expected to optimize the calcine process，and inhibit agglomeration,thus improve the specific surface area.At the same time,the formed homogeneous heterojunction can effectively suppress the photogenerated carriers recombination.Under visible light irradiation of,the photocatalytic activity of g-C3N4heterojunction photocatalyst is significantly higher than that of the individual g-C3N4.The enhanced photocatalytic activity is mainly attributed to the improved specific surface area,increased active sites and inhibited recombination of photoexcited carriers.Keywords:photocatalytic；carbon nitride；isotype heterojunction；hydrogen evolution随着日益严重的能源危机和环境污染，半导体光催化技术在去除环境污染和分解水制氢方面得到了广泛的关注和研究。

g-C3N4基光催化剂的合成及其温和条件下固氮性能的研究

g-C3N4基光催化剂的合成及其温和条件下固氮性能的研究g-C3N4基光催化剂的合成及其温和条件下固氮性能的研究近年来，随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，可持续发展和清洁能源的研究成为了全球科学界的热门话题之一。

在这个背景下，光催化固氮技术成为了人们研究的重点之一。

其中，g-C3N4基光催化剂因其良好的光催化性能和资源丰富的特点而备受关注。

g-C3N4可以由廉价的无机氮源如氰酸盐、尿素等合成，这使得其成为一种低成本、可持续的材料。

其晶体结构中的结构单元以三聚氮咯环为主，该结构具有良好的可见光催化活性。

因此，g-C3N4具有很高的应用潜力，尤其是在光催化固氮方面。

合成g-C3N4基光催化剂的常见方法包括热聚合法、溶液浸渍法和模板法等。

其中热聚合法是最常用的方法之一。

该方法通过在高温下对氰酸盐或尿素进行热处理，使其发生聚合反应生成g-C3N4。

通过调节温度和反应时间等参数，可以合成出具有不同结构和光电性能的g-C3N4光催化剂。

研究表明，g-C3N4基光催化剂在温和条件下表现出优异的固氮性能。

温和条件下的光催化固氮通常指的是室温或接近室温、气压下的光催化反应。

在这种条件下，g-C3N4基光催化剂能够利用可见光将氮气转化为氨。

与传统的固氮方法相比，光催化固氮技术具有反应速度快、选择性高和能量效率高的优势。

g-C3N4基光催化剂能够实现温和条件下的固氮，主要归因于其特殊的光电性质。

g-C3N4能够吸收可见光并将光能转化为电子能，进而促进氮分子的活化。

此外，g-C3N4表面的功能官能团与氮分子之间存在相互作用，有利于活化氮气。

因此，g-C3N4基光催化剂在温和条件下表现出优异的固氮性能。

在光催化固氮过程中，g-C3N4基光催化剂的性能受到许多因素的影响。

例如，光源的类型和强度、反应温度、催化剂的结构和形貌等都会对固氮性能产生影响。

因此，进一步优化g-C3N4基光催化剂的设计和制备方法，以及调控反应条件，是提高固氮性能的关键。

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基于g-C_3N_4传统Ⅱ型异质结和Z型异质结复合光催化剂的构
建及其性能研究
光催化技术可以有效地将有机污染物降解转化为CO2、
H2O等无机小分子,已成为染料废水处理领域最有前景的绿色技术
之一。

本文开展了基于石墨相氮化碳（g-C3N4）复合光催化剂的制备、表征测试及其光催化降解罗丹明B（RhB）的研究工作,旨在解决g-C3N4光催化活性低、光生电子-空穴易复合和太阳能利用率低的问题。

（1）利用溶剂热法和高温煅烧法分别制备了中空微球状CdS和块体
g-C3N4,然后通过煅烧法成功制得了传统Ⅱ型
CdS/g-C3N4异质结光催化剂,并对其晶相结构、表面形态、微观形貌、光电化学特性等进行了系统地研究。

并通过
CdS/g-C3N4光催化降解RhB研究其光催化活性和稳定性。

实验结果表明CdS/g-C3N4复合光催化剂具有良好
的光催化活性,当CdS掺杂比为0.25 wt%时,CdS/g-C3N4复合光催化剂具有最佳的光催化活性,其20 min光催化降解RhB速率常数
(Kobs)约为单体g-C3N4的2.1倍。

同时4次循环实验后,RhB的降解率依然能达到95%,这表明
CdS/g-C3N4复合光催化剂具有良好的光催化稳定性。

此外,CdS/g-C3N4异质结光催化剂的构建可以有效
解决CdS光腐蚀的问题。

基于以上表征测试和活性物种捕获实验结果,我们从光
生电子-空穴生成,分离和迁移等角度进行了分析,并提出了
CdS/g-C3N4光催化活性增强的可能机理。

（2）通过引入碳量子点（CQDs）作为电子传递介质,成功构建了Z型
CdS/CQDs/g-C3N4异质结光催化剂。

同时CQDs具有良好的上转换荧光性质,可以将近红外光转换为可见光,实现复合光催化剂的宽光谱
响应,提高其对太阳能的利用效率。

具体地,利用碱液超声法制备了单分散的CQDs颗粒,然后通过煅烧法成功制备了Z型CdS/CQDs/g-C3N4异质结光催化剂。

同时,利用同样方法制得CdS/g-C3N4和
CQDs/g-C3N4复合光催化剂并用作对照研究。

通过各种表征手段对Z型CdS/CQDs/g-C3N4复合光催化剂的晶相结构、表面形态、微观形貌、光电化学特性等进行了系统地研究,并且证实了其光生电子-空穴依照Z型机制进行传递转移。

通过
CdS/CQDs/g-C3N4光催化降解RhB,表明Z型复合光催化剂具有良好的光催化活性。

当CdS和CQDs掺杂比分别为0.25 wt%和0.5 wt%时,Z型
CdS/CQDs/g-C3N4复合光催化剂具有最佳的光催化活性,可见光照射20min后,RhB的降解率为100%;10 min光催化降解速率常数
(Kobs)约为单体g-C3N4的3.5倍、CdS （0.25%）/g-C3N4的2倍和CQDs（0.5%）
/g-C3N4的2.6倍。

经过4次循环实验后,RhB的降解率依然能达到93%,这表明Z型CdS/CQDs/g-C3N4复合光催
化剂显示较高的稳定性。

值得注意的是,在近红外光照射120 min后,Z型
CdS/CQDs/g-C3N4复合光催化剂对RhB的降解率可达到62%,表明CdS/CQDs/g-C3N4可实现近红外光响应,提高其对太阳能的利用率。

结合以上表征测试和活性物种捕获实验结果,揭示了CQDs 在Z型CdS/CQDs/g-C3N4异质结体系中的作用机制和Z 型复合光催化剂对染料有机污染物的光催化降解机理,为
g-C3N4基复合光催化剂降解废水中的染料有机污染物
奠定了理论价值。

与Z型CdS/CQDs/g-C3N4异质结光催化剂相比,以上构建的传统Ⅱ型CdS/g-C3N4异质结光催化剂虽然可
以有效降低g-C3N4光生电子-空穴的复合率,提高其光
催化活性。

但是基于传统异质结光催化剂光生电子-空穴的转移路
径,CdS/g-C3N4具有较低价带电势和较高的导带电势,
致使其氧化还原能力较弱。

而Z型CdS/CQDs/g-C3N4异质结光催化剂,其光生电子-空穴依照Z型路径转移,使导带电势更负,价带电势更正,进而增强其氧化
还原能力。