以不同前驱物制备C3N4/Bi2O3复合物的可见光催化活性及其机理探讨

作者：胡芸; 单文杰; 韦朝海

来源：中国,黑龙江省,哈尔滨市.

• 可见光催化
• C3N4
• Bi2O3

　　在过去的几十年中,以半导体光催化剂去除环境中的有机污染物引起人们的广泛关注.目前,越来越多的学者致力于研究开发具有可见光响应的半导体光催化剂,以便能够更大限度的利用太阳光而实现大规模应用.最近,石墨相的非金属半导体C3N4由于其优越的可见光响应性而成为目前最有前景的光催化剂之一.石墨相C3N4的禁带宽度约为2.7 eV,其主要由一些简单的前驱物(三聚氰胺、硫脲等)通过一系列的缩聚反应制得.然而,纯的g-C3N4并未像我们所期待的一样,其较高的光生载流子复合效率使其在可见光下表现出的光催化活性普遍较低.为了解决这一问题,一系列半导体复合C3N4 的复合光催化剂相继出现,如TiO2-g-C3N4、Bi2WO6-g-C3N4等[1,2].铋系氧化物由于其特殊的层状结构及较窄的禁带宽度而引起人们的兴趣.其中,Bi2O3由于其高折射率、高介电常数以及良好的光导电性已经被广泛应用在传感器、光学涂层、光催化等领域,是一种重要的金属氧化物半导体.本文以三聚氰胺和盐酸胍这两种前驱物通过直接热处理的方法分别制得g-C3N4,研究了不同前驱物所制备的g-C3N4对其复合Bi2O3的影响.结果表明,两种复合光催化剂在可见光下都表现出较纯的C3N4和Bi2O3更优越的光催化活性(如图1 所示),并且以盐酸胍作为前驱物时复合催化剂的活性略高,此时复合物中产生了BiOCl.此外,分别加入h+、·OH、·O2-等活性物质的牺牲剂之后,复合材料的可见光催化活性均有所下降,并且以加入h+的牺牲剂后活性降低最为明显,表明复合材料中h+是最主要的活性物质.结合UV-vis以及XPS等表征结果,该复合材料中是由具有少量N元素掺杂的Bi2O3和C3N4所组成.由于N元素的掺杂拓宽了复合材料的光谱响应范围,有利于其利用更多的可见光,而半导体之间的复合能够有效分离光生载流子,从而提高催化剂的光催化活性.

• 单位
  华南理工大学