金属硫化物/g-C_(3)N_(4)异质结的构建及其光催化性能改善与应用

金属硫化物和石墨相g-C_(3)N_(4)是两类具有可见光活性的典型光催化半导体材料,两者复合形成的异质结因具有高效可见光活性受到了研究者的广泛关注,在环境污染治理与新能源开发方面具有重要意义。然而,金属硫化物与g-C_(3)N_(4)复合后所形成的异质结仍存在电子-空穴复合率高、催化活性差和能量转换效率低等问题。本文从金属硫化物/g-C_(3)N_(4)异质结的构建、光催化剂性能改善及应用三个方面对近年来的研究进行了综述。在金属硫化物/g-C_(3)N_(4)异质结的构建方面,分别从Ⅱ型异质结、Z型异质结(直接Z型和间接Z型)、P-N型异质结和S型异质结进行总结;从异质结形貌调控、表/界面改性等方面对异质结光催化性能改善进行了归纳,同时概述了金属硫化物/g-C_(3)N_(4)异质结在水解产氢、CO_(2)还原、降解有机污染物、光催化固氮以及光催化杀菌等方面的应用,并提出了金属硫化物/g-C_(3)N_(4)异质结在光催化过程中所面临的诸多挑战,指出利用能带匹配来合理构建异质结是提高金属硫化物与g-C_(3)N_(4)光催化剂活性的有效方法,金属硫化物/g-C_(3)N_(4)异质结大规模的廉价制备是实际应用中需要解决的问题。

纳米ZnO可见光催化活性的改善及其降解性能

由于半导体ZnO禁带宽度较宽,因而其可见光催化活性较差。本文分别采用N掺杂、碳包覆、贵金属修饰以及半导体复合等方式来改善纳米ZnO的可见光催化活性,并以罗丹明B为降解污染物,对比了不同材料可见光催化降解有机污染物的效率。研究结果显示以氨水为氮源,通过水热法制备的氮掺杂N-ZnO光催化剂,相比于纯ZnO,对可见光吸收增强。采用葡萄糖水热碳化法所制备的C@N-ZnO样品则对有机污染物具有强的吸附能力,贵金属沉积所获得的样品Au/C@N-ZnO与半导体复合所制备的复合结构CdS/Au/C@N-ZnO在可见光区域具有更强的吸收能力。稳态和瞬态荧光光谱显示氧缺陷、贵金属沉积以及半导体复合形成异质结可有效提高光生载流子的分离效率,从而提高催化剂的光降解效率,并对催化机理进行了初步探讨。可见光催化降解罗丹明B结果显示CdS/Au/C@N-ZnO样品的反应速率是纯ZnO的6.7倍。

碳包覆氮掺杂纳米ZnO光催化剂的制备及其可见光活性

以尿素为氮源,纳米ZnO颗粒作为源材料,采用高温煅烧法制备了氮掺杂氧化锌(N-ZnO),并在此基础上,利用葡萄糖水热碳化法制备了氮掺杂碳包覆纳米ZnO光催化剂(C@N-ZnO)。研究结果显示氮掺杂和碳包覆可有效改变纳米ZnO的尺寸与形貌。与纯纳米ZnO颗粒相比,N-ZnO为微米级六角棒状,C@N-ZnO为纳米级圆棒状。C@N-ZnO样品的X射线光电子能谱图证明N成功掺杂进入ZnO晶格中,且N-ZnO表面的C-C键所对应峰明显增强,表明N-ZnO表面成功包覆一层碳层。紫外-可见漫反射吸收光谱显示N-ZnO与C@N-ZnO在可见光区域具有强烈的吸收。以罗丹明B(RhB)作为目标污染物,可见光光催化降解结果显示C@N-ZnO的反应速率常数是纯ZnO的3.4倍,说明氮掺杂和碳包覆能有效提高ZnO的可见光活性。