Co3O4/g-C3N4復(fù)合光催化劑降解羅丹明B的研究

劉莛予 ，宮懿桐 ，趙 錦 ，王 敏

（1.沈陽市第二中學(xué)，遼寧沈陽110011；2.東北大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院，遼寧沈陽110189）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，染料廢水對環(huán)境造成的污染已嚴重威脅到人類自身生存，對其進行有效治理已成為急需解決的重大問題。在眾多染料廢水處理方法中，光催化法因具有催化活性高、降解徹底、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點而備受重視〔1-2〕。而制備性能優(yōu)異的半導(dǎo)體光催化劑對于該方法的廣泛應(yīng)用具有重要的意義。TiO2是光催化材料的典型代表。然而，TiO2是一種寬禁帶半導(dǎo)體，只能吸收紫外光，其對太陽光的利用率很低〔3-4〕。

石墨相氮化碳（g-C3N4）是一種新型的非金屬半導(dǎo)體光催化劑，其禁帶寬度約為2.7 eV〔5-6〕，具有良好的可見光響應(yīng)能力。此外，g-C3N4還具有抗酸、抗堿、耐光腐蝕、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，已成為研究的熱點。但是，以g-C3N4作為光催化劑，其光生載流子復(fù)合嚴重，導(dǎo)致量子效率偏低，其光催化活性依然不高〔7-8〕。

為抑制光生載流子的復(fù)合，構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)是一種有效策略。此種結(jié)構(gòu)可以減少電荷載體的復(fù)合率，擴大光吸收范圍，明顯改善光催化性能〔9〕。Co3O4是一種p型半導(dǎo)體尖晶石氧化物，具有穩(wěn)定性高、環(huán)保、成本低等優(yōu)點。近年來，人們發(fā)現(xiàn)Co3O4可作為光催化劑降解有機污染物〔10〕。Co3O4與g-C3N4具有匹配的能帶結(jié)構(gòu)，這使得其與g-C3N4可復(fù)合構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而顯著提高g-C3N4的光催化性能。

本研究以3D花朵狀ZIF-Co為前驅(qū)體，將其與g-C3N混合后進行熱處理，制備了3D花朵狀Co3O4/g-C3N4復(fù)合光催化材料，并將其用于光催化降解羅丹明B（RhB）模擬染料廢水，考察了其在可見光條件下的光催化性能。……