K⁺诱导氰基修饰g-C₃N₄光催化剂的一步合成及性能

摘要

为了提高石墨相氟化碳（g-C₃N₄）的可见光利用率，采用同时加热尿素和氢氧化钾的一步热缩合法制备K⁺掺杂g-C₃N₄（CN-K_x）。XRD、SEM、TEM和EDX图谱分析表明，K⁺成功地掺杂在g-C₃N₄上；FTIR和XPS结果证实K⁺掺杂后g-C₃N₄表面有氰基生成；PL、EIS和瞬态光电流响应数据表明，掺杂后形成的氰基与K⁺之间具有协同作用，这有利于光生电子-空穴的分离和转移，提高光催化活性。光降解实验结果表明，优化后的CN-K_0.009样品在80 min内能去除100%的罗丹明B （RhB）,且RhB的降解速率达0.054 min^-1,是纯氮化碳的4.2倍(降解速率为0.013 min^-1);进一步的带隙分析表明，CN-K_0.009的带隙从纯氮化碳的2.67 eV缩短到2.59 eV,这是由于K⁺辅助聚合的作用增强了可见光吸收和载流子传输。动力学研究结果表明，超氧自由基和空穴（h⁺）主导了RhB氧化过程。另外，CN-K_0.009同样能高效降解其他有机污染物，比如碱性品红（91.7%）、刚果红（85.7%）和四环素（74%）。

关键词

石墨相氮化碳 / 氰基 / 钾离子 / 光催化RhB降解 / 电荷转移

基金资助

国家重点研发项目(2018YFB1501203,2018YFB1501205); 国家自然科学基金(51971068,5187011196); 广西新能源材料结构与性能协同创新中心课题(2012GXNSFGA06002); 广西科技计划(AD17195073); 广西科技重大专项(AA17202030-1)