摘 要

本文以三聚氰胺、钛酸四丁酯为原料，通过溶剂法制得异质结光催化剂g-C₃N₄/TiO₂，运用XRD与FE-SEM对催化剂进行表征分析。通过以甲基蓝为目标有机污染物，对TiO₂、g-C₃N₄与g-C₃N₄/TiO₂三种光催化剂进行吸附以及光催化实验，并探讨吸附对光催化动力学的影响。实验结果表明：三种光催化剂对甲基蓝的吸附都较好地符合Langmuir与Freundlich两种模型，并且对g-C₃N₄/TiO₂光催化降解甲基蓝用一级动力学方程进行了描述。文中同时分析了吸附与光催化降解效率的之间的关系，一般情况下光催化降解效率随吸附量增多而增强，但吸附也会抑制光生电子或空穴的产生，从而对光催化降解产生抑制作用。

关键词：吸附 光催化降解 异质结

Effect of Surface adsorption of g-C3N4/TiO2 Heterojunction on photocatalysis

ABSTRACT

The photocatalyst g-C₃N₄/TiO₂ was prepared by solvent method using melamine and tetrabutyl titanate as raw materials.XRD and FE-SEM were used to characterize the photocatalyst. The adsorption and photocatalytic degration on TiO₂, g-C₃N₄ and g-C₃N₄/TiO₂ were studied，using methyl blue as the target organic pollutant.The experimental results indicate that the adsorption law of methyl blue on the three kinds of photocatalyst fit in well with the Langmuir model and Freundlich model and the first order kinetic equation of g-C₃N₄/TiO₂ for the photodegradation of methyl blue is described. The relationship between adsorption and photodegradation efficiency was also analyzed in this paper.In general，photocatalytic degradation efficiency increases with adsorption increasing.However,adsorption also inhibits the generation of photogenerated electrons or holes.Thus,photocatalytic degradation was inhibited.

Key Words: adsorption；photocatalytic degradation；heterojunction

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 g-C₃N₄/TiO₂复合半导体 1

1.1.1 异质结 1

1.1.2 g-C₃N₄/TiO₂异质结光催化机理 1

1.2 吸附作用及吸附量的测量 1

1.2.1 吸附作用 1

1.2.2 吸附量的测量 1

1.3 吸附等温模型 2

1.3.1 Langmuir模型 2

1.3.2 Freundlich模型 3

1.4 Langmuir-Hinshelwood方程 3

1.5 光催化中吸附的影响 4

1.6本文选题的意义与研究内容 4

1.6.1 本文选题意义 4

1.6.2 研究内容 5

第二章 实验部分 6

2.1药品及设备 6

2.1.1实验试剂与原料 6

2.1.2实验仪器与装置 6

2.2催化剂的制备 6

2.2.1 g-C₃N₄纳米材料的制备 6

2.2.2 TiO₂纳米材料的制备 7

2.2.3 g-C₃N₄/TiO₂复合光催化剂的制备 7

2.3 催化剂的表征 7

2.3.1 催化剂的物相分析 7

2.3.2 催化剂的形貌分析 8

2.4 吸附实验 8

2.4.1绘制甲基蓝溶液标准曲线 8

2.4.2催化剂的吸附实验 9

2.5 光催化降解实验 10

第三章 结果与分析 11

3.1催化剂表征 11

3.1.1 催化剂的物相分析 11

3.1.2 催化剂的形貌分析 11

3.2 吸附等温线的研究 12

3.3光催化降解动力学的研究 14

3.4 吸附对g-C₃N₄/TiO₂异质结光催化降解的影响 15

第四章 结论与展望 17

4.1 实验结论 17

4.2 研究展望 17

参考文献 18

致谢 20

第一章 绪论

1.1 g-C₃N₄/TiO₂复合半导体

1.1.1 异质结

两种不同的单晶半导体之间相互紧密接触，在接触的界面会形成异质结结构^[1]。具有这种结构的半导体材料，可以有效地抑制光生电子与空穴的复合^[2,3]。并且这种结构可以改变原半导体各自的缺陷，例如可提高光吸收的波长范围。因此通过异质结结构可以提高催化剂的光催化性能。

1.1.2 g-C₃N₄/TiO₂异质结光催化机理