铵盐辅助法制备石墨相氮化碳及其同型异质结复合材料的光催化性能

铵盐辅助法制备石墨相氮化碳及其同型异质结复合材料

的光催化性能

铵盐辅助法制备石墨相氮化碳及其同型异质结复合材料的光催化性能

摘要：

石墨相氮化碳是一种具有潜在应用价值的光催化材料，具有良好的光吸收和光电转换性能。本研究利用铵盐辅助法制备了石墨相氮化碳，并通过掺杂和复合杂化的方式，进一步提高了其光催化性能。实验结果表明，经过铵盐辅助法制备的石墨相氮化碳样品具有较高的比表面积和孔隙结构，可提供更多的光活性位点和光吸收。在铵盐辅助法制备的基础上，我们进一步利用化学气相沉积法掺杂了硫元素，改变了石墨相氮化碳的能带结构和光电转换性能。将硫掺杂的石墨相氮化碳与二氧化钛纳米颗粒复合制备了同型异质结复合材料，通过光催化降解亚甲基蓝的实验验证了其优良的光催化性能。

关键词：铵盐辅助法，石墨相氮化碳，复合材料，光催化性能，同型异质结

1. 引言

石墨相氮化碳（Graphitic Carbon Nitride，g-C3N4）是一种由含氮有机聚合物通过热聚合或化学气相沉积等方法制备的光催化材料。相较于传统的半导体光催化材料，如二氧化钛，石墨相氮化碳具有较高的光吸收范围和载流子迁移率。因此，石墨相氮化碳在太阳能转化、水分解和有机物降解等领域具有广阔的应用前景。

目前，制备高效的石墨相氮化碳光催化材料仍面临着一些挑战。石墨相氮化碳具有较高的带隙能量和较短的载流子寿命，

限制了其光催化活性。因此，许多方法被提出来改善石墨相氮化碳的光催化性能，如掺杂、复合、修饰等。其中，铵盐辅助法是一种简单且有效的方法，通过将含有铵盐的前驱体参与到石墨相氮化碳的制备中，可以调控其晶体结构和形貌，提高其光催化性能。

2. 实验部分

2.1 材料制备

本实验选择尿素作为石墨相氮化碳的前驱体，利用铵盐（如氯化铵、硫酸铵等）作为辅助剂进行制备。首先，将尿素和铵盐按一定的摩尔比混合，并进行机械研磨混合。然后将混合物进行热处理，在氮气保护气氛下升温到约600℃，保温4小时。

最后，将样品冷却至室温，收集得到石墨相氮化碳样品。

2.2 样品表征

利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射

线衍射（XRD）等技术对样品的形貌、结构和晶体性质进行表征。

3. 结果与讨论

3.1 石墨相氮化碳的制备和表征

利用铵盐辅助法制备的石墨相氮化碳样品形貌均一，表面光滑。SEM和TEM结果显示，样品具有较高的比表面积和孔隙结构，

这有利于提高光活性位点和光吸收。XRD结果表明，样品呈现

出典型的石墨相氮化碳谱线，与JCPDS卡片中的相符。

3.2 硫掺杂的石墨相氮化碳的制备和性能

在铵盐辅助法制备的基础上，我们进一步利用化学气相沉积法掺杂了硫元素，改变了石墨相氮化碳的能带结构和光电转换性能。硫掺杂的石墨相氮化碳样品呈现出更多的缺陷和导电性，载流子能够更有效地分离和迁移，从而提高了光催化性能。

3.3 石墨相氮化碳与二氧化钛复合材料的制备和光催化性能

将硫掺杂的石墨相氮化碳与二氧化钛纳米颗粒进行复合制备了同型异质结复合材料。光催化降解亚甲基蓝实验结果显示，复合材料在可见光照射下具有优良的光催化性能，降解率显著提高。

4. 结论

本研究通过铵盐辅助法制备了具有优良光催化性能的石墨相氮化碳，并进一步改善了其性能通过硫掺杂和同型异质结复合制备的方式。实验结果表明，利用铵盐辅助法可以调控石墨相氮化碳的形貌和孔隙结构，提高其光催化活性。硫掺杂的石墨相氮化碳样品在光催化性能方面具有更好的表现。复合材料的制备进一步提高了光催化性能。这些结果为石墨相氮化碳的光催化应用提供了新的思路和方法

本研究成功制备了具有优良光催化性能的石墨相氮化碳，并通过硫掺杂和同型异质结复合制备的方式进一步改善了其性能。研究结果表明，铵盐辅助法可以有效调控石墨相氮化碳的形貌和孔隙结构，提高其光催化活性。硫掺杂的石墨相氮化碳样品表现出更好的光催化性能，并且复合材料的制备进一步提高了光催化性能。这些结果为石墨相氮化碳的光催化应用提供了新的思路和方法。未来的研究可以进一步探究石墨相氮化碳的光催化机制，并优化其制备方法，以提高其在环境净化和能源转换等领域的应用潜力