ZnO-g-CN纳米复合材料光催化降解污染物研究进展.doc
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ZnO-g-C3N4纳米复合材料光催化降解污染物研究进展
第 45 卷 第 6 期
2016 年 6 月
化工技术与开发
Technology amp; Development of Chemical Industry
Vol.45 No.6Jun.2016
ZnO/g-C3N4纳米复合材料光催化降解污染物研究进展
徐 畅,徐晴川,张晓明,王国宏
(湖北师范大学稀有金属化学湖北省协同协创新中心,湖北 黄石 435002)
摘 要:ZnO/g-C3N4纳米复合材料可促进电子–空穴的有效分离,有较大的比表面积,有利于污染物和自由基的扩散和传质,电子可从g-C3N4的导带转移到ZnO的导带上,而空穴可从ZnO的价带转移到g-C3N4的价带上,从而提高复合材料在可见光下的光催化性能,因此ZnO/g-C3N4纳米复合材料在光催化领域中被广泛研究。
关键词:g-C3N4;ZnO;纳米复合材料;光催化
中图分类号:TB 383
文献标识码:A 文章编号:1671-9905(2016)06-0037-03
碳化氮的发现可以追溯到19世纪,但是类石墨碳化氮成为研究热点,得益于2009年王心晨等人[1]报道了g-C3N4在光催化领域的应用。在众多的半导体光催化材料中(TiO2、ZnO、ZnSe等),ZnO因具有高光敏性、晶形可控和优异光电催化活性而备受关注[2]。然而单一纳米氧化锌材料自身光生载流子复合几率较高,同时对太阳光的利用率较低[3-4],限制了其在污染物降解中的应用范围。
聚合物类石墨相氮化碳(g-C3N4)具有类似石墨烯的结构,合适的能带位置、良好的光学性质、优异的热稳定性以及化学稳定性,可作为太阳能转化、污染物降解的催化剂,是一种具有广阔应用前景的新型光催化材料[5]。g-C3N4制备原料便宜易得,制备方法简单,作为光催化剂可以产氢和光降解染料。然而光生载流子易复合,导致其光催化活性低下,因此需要对g-C3N4进行改性来提高碳化氮的光催化活性。大量研究发现,在g-C3N4上修饰金属氧化物,能够大幅度提高其光催化性能。
碳化钛较成熟的方法之一。目前用得比较多的制备方法是:称取5g三聚氰胺,转移至坩埚中,放入空气炉中进行热聚合反应,在4h内匀速升温到550℃下保???4h。等样品冷却至室温后,转移到研钵中进行研磨,即可以得到浅黄色的g-C3N4粉末材料。
2 ZnO/g-C3N4纳米复合材料
2.1 ZnO/g-C3N4的异质结结构材料
ZnO/g-C3N4的异质结的形成,能抑制光生电子空穴对的复合,提高复合材料的光催化性能。朱永法课题组[7]用单相分散法将ZnO光催化剂与g-C3N4杂化。将g-C3N4在甲醇中超声分散后,加入ZnO粉末并在通风橱中搅拌至甲醇挥发完,并在200℃、N2气氛中干燥得到ZnO/g-C3N4粉末。通过杂化,ZnO的光电流和光催化活性在紫外光照下增强,可见光照下的光电流被观察到,并且ZnO的光腐蚀性被完全抑制,ZnO/g-C3N4具有可见光光催化活性。裘灵光等[8]将三聚氰胺和乙酸锌作为前驱体,通过溶解、干燥、煅烧处理,得到光催化性能增强的ZnO/g-C3N4异质结结构复合材料。
采用水热法或溶剂热法一步合成ZnO/g-C3N4
复合材料,既省时又环保。陈代梅等[9]采用乙二醇作为溶剂,将乙酸锌与以SiO2作为模版的硬模版法得到的微孔结构类石墨相的C3N4,一步制备了异质结结构的ZnO/g-C3N4复合材料,不仅增强了ZnO的
1 g-C3N4的制备方法
g-C3N4的制备方法有气相沉积法、热溶剂法、固相合成法、电化学沉积法、高温高压法等,近几年研究较多的是利用缩聚有机物前驱体制备g-C3N4。此外,人们还合成了多种形貌的氮化碳,包括纳米线、纳米管、微球、纤维和空心球等。Groenewolt[6]率先通过氰胺高温自聚合制备g-C3N4,并成为近年来合成体相
作者简介:徐畅(1989-),女,硕士研究生
通讯联系人:王国宏(1968-),男,教授,工学博士,主要从事纳米半导体光催化材料的设计、制备和性能研究收稿日期:2016-04-
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38化工技术与开发 第 45 卷
光催化活性还抑制了其光腐蚀性。需要注意的是,g-C3N4在水热、溶剂热反应条件下,可能存在着分解现象。
王明亮等
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