硝酸輔助合成氮缺陷石墨型氮化碳材料及光譜學分析

陳閩南, 陶 紅, 宋曉峰, 王怡心, 邵 玲, 韓 嘯, 劉 偉, 殷廣藝, 謝心語, 嚴南峽

上海理工大學環境與建筑學院， 上海 200093

引 言

長期以來人們越來越關注氮缺陷石墨型氮化碳(g-C3N4)光催化材料的研究， 作為新一代非金屬聚合物催化劑， g-C3N4表現出很多非凡的特性， 比如穩定性好， 光學電學性質良好。 g-C3N4已經廣泛應用在有機合成， 燃料電池和光催化治理污染物等領域[1-2]。 然而g- C3N4的光催化性能仍然有很多不足之處。 比如， 由于其制作過程主要是高溫縮聚， 導致了其較低的比表面積， 光生電子空穴對的高復合率， 以及有限的活性中心。

為了解決這些問題， 人們研究了很多方法以改善g-C3N4光催化性能。 包括各種金屬或非金屬摻雜， g-C3N4納米結構的制備， 以及構建g-C3N4為基礎、 有異質結構的納米復合材料。 其中， 結構缺陷是提高材料光催化性能的有效方法。 有研究通過弱氧化條件下g-C3N4的氧蝕刻， 使其變為多孔g-C3N4納米薄片， 此多孔結構提供了較大的比表面積和更多的催化活性位點， 可以提高電子傳遞能力， 并且其多孔性還有利于光生載流子的快速擴散， 最終提高光催化效果[3-4]。 元素缺陷也是材料改性中常用的手段， Ma等通過鹽酸處理進行了初步探究[5]。 研究中使用硝酸輔助一步高溫縮聚法最終合成了粒徑小， 比表面積大的氮缺陷g-C3N4材料， 并通過可見光和太陽光照射下RhB的催化降解能力來評價其光催化性能， 為g-C3N4在環境凈化領域的現實應用提供了新的參考依據。

1 實驗部分

1.1 樣品制備

取不同體積的硝酸(質量分數68%)溶液與一定量三聚氰胺攪拌混合烘干， 然后將烘干后的樣品在馬弗爐加熱至550 ℃， 并保持4 h。……