4 球形氮化碳的光催化活性研究 13

4。1 可将光下催化降解有机染料 13

4。2 可见光下催化降解对硝基苯酚 16

4。3 紫外光下催化降解对硝基苯酚 17

4。4 光催化机理研究 18

结论 21

致谢 22

参考文献 23

1 引言

随着人类社会的不断发展，环境污染成为了困扰人类文明的重大问题之一。因此，探索 更为高效的环境污染治理方法成为了无数学者们研究的热点。其中，半导体光催化技术自 1972 年被日本科学家 Fujishima 和 Honda[1]发现以来，就因为具有能耗低，无二次污染，适用范围 广[2-5]]等诸多优点被广泛研究，并取得了一系列进展，为解决环境污染问题提供了一条理想的 途径。

1。1 半导体光催化

太阳能因其清洁环保，储量丰富，方便易得等诸多优点成为了人类克服能源与环境两大 难题的重要途径之一。随着材料科学的发展，人们发现在室温条件下，利用光催化技术可以 将水和空气中的有机污染物完全氧化成无毒无害的物质，如 CO2、H2O 及矿化产物等。于是 利用太阳光降解污染物就为解决环境污染问题提供了一条理想途径，具有重大的现实意义。

g-C3N4 的光催化反应

根据能带理论，半导体存在导带与价带，导带与价带的能量差称为禁带宽度，当半导体 材料受到光子能量大于或等于禁带宽度的光照时，其价带上的电子会吸收光子的能量进而激 发跃迁到导带，并在电场的作用下迁移至材料表面，然后分别在导带和价带上形成光生电子 和空穴。由于禁带的存在，部分光生电子和空穴可迁移到催化剂表面并与吸附在那里的水分 子，氧气分子发生电荷和能量交换，产生具有强氧化能力的 H2O2、羟基自由基（·OH）和超 氧负离子（O2-）等物种，这些基团能将大部分已知有机物氧化降解，从而达到处理污染物的 目的[6]。此外，半导体材料价带的氧化-还原电位越正，导带的氧化-还原电位越负，光生电 子和空穴的氧化还原能力就越强，则其光催化性能就越优异[7]。典型的半导体材料-石墨相氮

化碳的光催化反应如图 1。1 所示[8]。 但传统的单一半导体催化剂存在着催化活性较低，易受到光阴极腐蚀，难以回收再利用，

甚至毒性较大等许多不足之处。为弥补这些缺点，人们采用了多种改进方式，例如对半导体 催化剂进行非金属或金属掺杂以改变其价带位置，或由 n 型半导体和 p 型半导体制备出复合 半导体催化剂使光生电子和空穴有效分离开，或在半导体催化剂表面负载贵金属使光生电子 转移至贵金属上，从而有效的阻止了光生电子与空穴的复合。这些方法虽都在不同程度上提 高了半导体催化剂的催化性能，但也不可避免的存在各自的缺陷。文献综述

目前，半导体光催化最需要解决的问题有：如何制备出性能优良的催化剂载体，如何高 效的回收催化剂等等。半导体光催化技术从实验室推广到实际生产应用还有待于进一步的探 索研究。

1。2  氮化碳

两种不同的 g-C3N4 结构示意图

随着二维石墨烯材料的兴起，与石墨结构类似的石墨相氮化碳（g-C3N4）也逐渐引起了 人们的关注。理想的石墨相氮化碳存在两种可能的结构，如图 1。2 所示[9],图（a）为 C6N7 结 构，图（b）为 C3N4 结构。