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g-C3N4催化石墨化碳质材料的制备及光催化性能研究

2021-12-15朱晓丽

人工晶体学报 2021年11期

李 悦,王 博,3,朱晓丽,刘 昆

(1.唐山学院环境与化学工程系,唐山 063000; 2.亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室(燕山大学),秦皇岛 066004; 3.唐山市化工环保与新型薄膜涂层材料重点实验室,唐山 063000)

0 引 言

随着现代工业的快速发展,能源危机和环境问题已成为可持续发展中亟待解决的两个关键问题。光催化技术由于采用了取之不尽用之不竭的太阳能来提供能源、降解环境中的有机污染物,被认为是最有效的,且从根源上解决能源和环境问题的最佳手段[1-2]。光催化剂是光催化技术中的关键因素,传统的以 TiO2为代表的光催化剂具有价格便宜、无毒无害、稳定性好等优点受到关注,然而其禁带宽度大且只能吸收紫外光等缺点限制了其在光催化领域的应用。

类石墨相氮化碳(g-C3N4)材料是一种可见光响应的光催化材料,且具有可见光催化分解水产氢的特性。g-C3N4光催化材料的晶体结构非常简单,其价带由 N 2p 轨道构成,导带由 C 2p 轨道构成。g-C3N4因其独特的电子结构、高的热稳定性和化学稳定性、良好的光催化活性、制备成本低、制备简单且无毒无害、不含金属元素等特点,受到广大科研人员的广泛关注,并在催化领域表现出了良好的应用前景[3-4]。然而g-C3N4由于光生电子和空穴复合率高、可见光利用率低、比表面积低及内阻大等因素极大地限制了其光催化性能的提高[5-7]。因此,迫切需要开发新型高催化活性、高比表面积、高可见光利用率和高导电性的g-C3N4衍生光催化材料。

本文以双氰胺为原料通过热缩聚反应得到g-C3N4,采用高铁酸钾为催化剂通过一步法实现g-C3N4的同步碳化-石墨化,高比表面积和孔隙率有效地增加了反应活性位点,且高的石墨化程度提高了其电导率。……

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