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三聚氰胺前驱g-C3N4/WO3的制备及光催化性能研究(3)

时间:2024-12-22 20:34来源:99273
已知g-C3N4的带隙为约2.7eV,其可以吸收高达460nm的可见光。此外,g-C3N4的CB最小值(〜1.12eVvs.NHE)是非常小的,因此光生电子应该具有很高的还原能力。然而

已知g-C3N4的带隙为约2.7eV,其可以吸收高达460nm的可见光。此外,g-C3N4的CB最小值(〜1.12eVvs.NHE)是非常小的,因此光生电子应该具有很高的还原能力。然而,由于光激发电孔对的高复合概率,单g-C3N4的光催化效率受到限制。

为了提高光催化活性,各种方法都有,例如掺杂和与其他半导体材料或金属和非金属结合的g-C3N4来衬托g-C3N4。氧化钨(WO3)被认为是有希望的材料,因为它的特殊光催化和电致变色性质。它在水溶液中具有特殊的化学惰性和光学稳定性。与TiO2相比,WO3具有更小的光学带隙(2.7eV),因此有利于太阳能的利用。同时,WO3的VB位置与TiO2非常接近。因此,在WO3的VB上产生的孔具有与TiO2相似的氧化能力。然而,WO3的CB水平比TiO2的CB水平更高,这导致在WO3的CB上产生的电子具有比TiO2有限的还原能力。

事实上,g-C3N4的VB位置为约1.57eV,WO3的CB位置为约0.74eV。所以当WO3与g-C3N4组合时,WO3和g-C3N4会发生反应。这种方式下,g-C3N4的VB与WO3的CB之间的距离很短,所以在g-C3N4的VB上产生的空穴容易与由WO3生成的电子结合。因此,g-C3N4的CB上的光生电子具有很强的还原能力,而在WO3的VB上的光生孔显示出优异的氧化能力。

1.2影响光催化反应效率的因素

1.2.1催化剂自身影响因素

催化剂的内部因素:催化剂的种类(二氧化钛g-C3N4或其它,)、催化反应类型(均相或多相等)、光生载流子分离和捕获、催化剂的基本性质(晶型、比表面、孔径、孔体积、分散状态等)、催化剂外界因素:(温度,体系PH值,光源的波长和强度等)[1]。1.2.1.1催化反应类型

均相催化是催化剂与均相反应物的催化作用。均相催化剂具有更活泼的中心,更高的选择性和更少的副反应。用光谱,光谱和同位素追踪方法研究催化剂的作用容易,反应动力学一般不复杂。可是均相催化剂难以分拆,回收和再生。

非均相催化。催化发生在两相界面。大多数情况下,催化剂是多孔固体,反应物是液体或气体。在非均相催化反应中,固体催化剂取决于反应物分子的化学反应,其激活反应物分子,降低反应的活化能并加速反应速率。固体催化剂的表面是异质的,并且仅与称为活性中心的反应物分子部分反应。工业生产中的大部分催化是多相催化。

生物催化是指使用酶或生物有机体(细胞,细胞器,组织等)进行化学转化的过程,也称为生物转化。通常用于生物催化的生物体是微生物,其微生物基本上由酶在微生物细胞中催化以促进生物转化过程。

1.2.1.2晶型结构

半导体晶体结构分为单晶型和多晶型,晶体结构对多晶型半导体的光催化性能有着巨大影响。同以晶体中不同的晶体结构对应不同的光催化活性,当具有高光催化活性的晶面在晶体中占有较大比例,相应的晶体整体光催化活性也会得到提高。在氯氧铋(BiOCl)晶体中,(001)晶面的光催化活性相对于其他晶面更高,当(001)晶面在晶体中所占比例得到提高,其晶体整体光催化活性也得到明显提高。存在其他的半导体光催化剂拥有着类似的现象[2[3]。

1.2.1.3光生载流子分离和捕获

在光催化反应中,光生载流子分离速率越快,光催化剂的光催化活性越高,催化剂的晶体结构和表面形态与光生载体密切相关。目前,光生载体的分离,重组和调节机理尚不十分清楚。一般来说,半导体的结晶度决定了电荷的转移速率,当晶体越好,电子转移速度越快,光电子空穴对的复合概率越小,当电子空穴越多,可以更充分地参与氧化还原反应,光催化活性更强[4]。

1.2.1.4比表面积和颗粒尺寸 三聚氰胺前驱g-C3N4/WO3的制备及光催化性能研究(3):http://www.chuibin.com/wuli/lunwen_205287.html

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