PDIN/g-C₃N₄复合光催化剂的制备及其在四环素降解中的应用

摘要

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是一种良好的非金属光催化剂，但其光催化性能受有限的可见光吸收、光生电子空穴对快速复合等因素影响。本研究从提升光响应和促进电荷分离出发，利用水热法制备了PDIN/g-C₃N₄复合光催化剂，将二者以不同比例复合并研究了其对四环素的光催化降解作用。光催化剂降解四环素的实验表明，g-C₃N₄-20复合材料对四环素的光催化降解效率最高，降解反应速率常数为0.005 2/min。降解动力学曲线符合一级反应动力学。通过扫描电子显微镜和傅立叶红外光谱分析了样品的表面形貌以及官能团种类。紫外-可见漫反射光谱分析说明PDIN的引入提高了gC₃N₄可见光吸收能力。稳态荧光光谱分析表明复合光催化剂内部能够发生更加有效的电荷转移。电化学阻抗谱结果证明了复合材料能够促进光生电子-空穴对的有效分离。因此得出复合光催化剂性能提升的主要原因为：PDIN通过π-π堆积相互作用与g-C₃N₄形成异质结，促进了光生电荷转移过程，结合有效的可见光吸收共同促进了对四环素的光催化降解作用。猝灭实验表明复合光催化剂降解四环素的主要活性物质是·O₂^-和·OH。本研究合成的PDIN/g-C₃N₄复合光催化剂显著提升了四环素降解效果，为四环素废水处理提供了新的思路和方法，具有重要的理论和实际应用价值。

关键词

石墨氮化碳 / 降解 / 光催化 / 四环素