TiO₂@H⁺/g-C₃N₄复合材料的光催化产氢性能及机理分析

摘要

本文研究了TiO₂含量对TiO₂@H⁺/g-C₃N₄异质结光催化剂产氢性能的影响。首先将石墨相氮化碳（g-C₃N₄）用硫酸处理，得到酸洗氮化碳（H+/g-C₃N₄），然后通过煅烧法在H+/g-C₃N₄表面负载TiO₂得到TiO₂@H⁺/g-C₃N₄复合材料，利用透射电镜、 X射线衍射仪、紫外-可见漫反射仪和比表面仪对TiO₂@H⁺/gC₃N₄复合材料进行了表征，研究了其在可见光下的光催化产氢性能，探讨了TiO₂@H⁺/g-C₃N₄复合材料光催化产氢机理。实验结果表明：1)煅烧法可以成功制备TiO₂@H⁺/g-C₃N₄复合材料，且TiO₂的负载显著地提升了H+/g-C₃N₄的光催化产氢性能，这主要归功于TiO₂/g-C₃N₄异质结的形成降低了光生电子空穴的复合速率，加快了电子的转移速率；2)实验结果还表明TiO₂的负载量对TiO₂@H⁺/g-C₃N₄复合材料的光催化产氢性能有很大影响，当TiO₂含量为25%时，所制备的25-TiO₂@H⁺/g-C₃N₄复合材料的光催化产氢性能最好，其光催化产氢速率为3.47 mmol·g^-1·h^-1，是H⁺/g-C₃N₄产氢速率的4.05倍，这主要归功于25-TiO₂@H⁺/gC₃N₄大的比表面积和高的光吸收度；3)所制备的25-TiO₂@H⁺/g-C₃N₄复合材料还表现出良好的稳定性。

关键词

g-C3N4 / TiO2 / 光催化产氢 / 异质结 / 煅烧