机械混合法制备TiO2/g-C3N4复合材料及其光催化降解双酚A的性能

本工作采用机械混合方法,将TiO2纳米颗粒与不同质量的g-C3N4复合,制备了一系列具有不同g-C3N4含量的TiO2/g-C3N4复合材料.运用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、比表面积分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对材料的化学组成和形貌特征进行了表征.比较了 g-C3N4,TiO2和一系列TiC2/g-C3N4在可见光驱动下对水中双酚A(BPA)的降解效率和矿化能力差异,发现TiO2/g-C3N4的光催化活性显著高于g-C3N4和TiO2,其中以TiO2/g-C3N4-B的光催化活性最高(g-C3N4的投料量为0.08 g).为了揭示TiO2/g-C3N4良好光催化活性的产生机理,采用紫外可见光谱、稳态和瞬态荧光光谱对催化剂(以TiO2/g-C3N4-B为研究模型)可见光响应能力、带隙结构以及光生载流子分离能力进行了分析.结果证实,通过机械混合方法向TiO2体系引入适量的g-C3N4不仅能够将TiO2的光响应范围拓宽,而且可以提升光生载流子的分离能力并延长载流子存活寿命.此方法构建的复合材料能够在水环境中保持结构和性能的稳定.对降解过程中自由基分布特征的监测表明,降解过程中的主要活性物种为空穴自由基和羟基自由基.