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利用硫化鉍納米顆粒增強類石墨相氮化碳的光生載流子分離效率和光催化活性
關(guān)鍵詞：類石墨相氮化碳 硫化鉍 光催化 水處理 高能電子
摘要：二氧化鈦,氧化鋅,磷酸鉍等傳統(tǒng)的紫外光響應(yīng)光催化劑雖然具有良好的光催化性能,但是對太陽能利用率很低(紫外光只占太陽光能量的4%左右).近年來,類石墨相氮化碳(g-C3N4)受到了廣泛的關(guān)注.g-C3N4的帶隙約2.7 eV,它只能吸收460nm以下的光,對太陽能的利用率依然比較低.構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)是一種有效的提高光催化活性的方法.BiOCl/g-C3N4,TiO2/g-C3N4, Bi2MoO6/g-C3N4, Al2O3/g-C3N4, Ag3PO4/g-C3N4等異質(zhì)結(jié)光催化劑曾被廣泛的報道.硫化鉍是屬于正交晶系的窄帶隙半導(dǎo)體,它的帶隙約1.3–1.7 e V.由于其獨特的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性,硫化鉍在光催化,光檢測器和醫(yī)藥成像等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用.另外,硫化鉍還具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能,在光熱癌癥治療領(lǐng)域有顯著的效果.微波輔助法,水熱法,惰性氣體下高溫煅燒法等都曾被用來合成g-C3N4/Bi2S3異質(zhì)結(jié)光催化劑.不同的文獻也提出了不同的催化機理.如何使用更簡單環(huán)保的方法來合成g-C3N4/Bi2S3異質(zhì)結(jié)光催化劑?電子和空穴的轉(zhuǎn)移路徑是怎樣的?本文利用簡單的低溫方法合成了硫化鉍,利用超聲法得到了g-C3N4/Bi2S3異質(zhì)結(jié)光催化劑,分析了其微觀形貌,結(jié)構(gòu),并探討了光催化的反應(yīng)機理和提高光催化性能的因素.X射線衍射,傅里葉變換紅外光譜, X射線光電子能譜和透射電子顯微鏡的結(jié)果表明,硫化鉍納米顆粒被成功地引入到g-C3N4中.使用亞甲基藍為分子探針研究了所制材料在模擬太陽光下的光催化活性.結(jié)果發(fā)現(xiàn), CN-BiS-2表現(xiàn)出最佳的光催化活性,是g-C3N4的2.05倍,是Bi2S3的4.42倍.利用液相色譜二級質(zhì)譜聯(lián)用分析了亞甲基藍的降解路徑.硫化鉍的引入拓展了復(fù)合材料的吸收邊,使其向可見光區(qū)紅移,且在整個可見光區(qū)的光吸收能力都有明顯的增強.光電流的增強和交流阻抗譜圓弧半徑的減小,表明光生載流子的遷移與分離速率得到了增強.自由基捕獲試驗表明,最主要
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