Page 97 - 《精细化工》2021年第1期

第 1 期 段贤扬，等: 二维石墨相氮化碳纳米片的制备及其光催化性能 ·87·

[18-19]的研究结果一致。相比之下，WCN 的 Raman 时高于 LI 等 [17] 通过酸化法处理（2 mol/L 硝酸）得
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–1
光谱在 1400~1800 cm 处有一个宽峰，这可能是对 到的比表面积为 1.612×10 cm /g 的 g-C 3 N 4 纳米片。
应于氮化碳中不同共价结合形式的碳原子的振动和 这是由于水热反应法和热氧剥离法均实现了对 CN
本体有差别，这或许是 WCN 降解效果好的一种原 的剥离，破坏了 CN 层与层之间的范德华力连接，
因。由图 6 还可以看出，剥离前后氮化碳的 Raman 产生了二维纳米片状结构，增加了比表面积。与热
谱图变化很小，这说明剥离后形成的纳米片结构与 氧剥离法相比，水热反应法的比表面积最大，这是
剥离前相比没有发生改变，这和前面 XRD、FTIR 由于水热反应法制备的纳米片厚度更薄，片层断裂
分析的结果相一致。 产生许多微孔隙所致 [21-23] 。高比表面积的二维纳米
片结构将加快催化反应的传质扩散过程，同时会产
生更多的活性位点，从而提高光催化效率。
2.6 光电化学性能分析
图 7 为激发波长在 380 nm 下所测得 CN、OCN
和 WCN 3 种样品的 PL 发射谱图。

图 6 CN、OCN 和 WCN 的 Raman 谱图
Fig. 6 Raman spectra of CN, OCN and WCN

2.5 比表面积计算
以杨薛峰等 [20] 溶液吸附法实验步骤为参考，以

MB 作为吸附剂染料，来测试 3 种样品的比表面积。 图 7 CN、OCN 与 WCN 的 PL 发射谱图
比表面积用式（3）和（4）计算： Fig. 7 PL emission spectra of CN, OCN and WCN
S  N  A ) / (M W ) （3）
( W 
A 光催化剂中光生电荷的分离-复合对催化剂性
 W (    ) V （4）
1 2 能十分重要。PL 光谱可以用于测定半导体光催化剂
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式中：S 为样品的比表面积，cm /g；A 为 MB 分子 中光生电子和光生空穴的复合程度 [24] 。由图 7 可知，
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的平均截面积，8.13×10 –15 cm ；M 为 MB 的摩尔质 3 种催化剂的 PL 谱图形状基本一致，在 460 nm 处
量，373.9 g/mol；N A 为阿伏伽德罗常量，6.02×10 23 有一个很强的荧光发射峰，信号强度依次为 CN>
–1
mol ；W 为样品质量，g； W 为样品所吸附的 MB OCN>WCN，WCN 的信号强度远低于 CN。半导体
的质量，g；  为吸附前 MB 的质量浓度，g/L； 
1 2 PL 光谱的峰强度越低说明光催化剂内部电子和光
为吸附达到饱和后 MB 的质量浓度，g/L；V 为溶液 生电子-空穴复合率越小，样品具有更好的光催化活
的体积，L。 性 [24] 。PL 谱图分析结果说明，水热反应法制成的二
CN、OCN 和 WCN 的比表面积计算结果见表 1。 维纳米片有较高的量子效率，具有更好的光催化活
性，这一结果与文献描述的一致 [25] 。
表 1 CN、OCN 和 WCN 的比表面积 EIS 可用来探究材料的微观结构对界面电子转
Table 1 Specific surface areas of CN, OCN and WCN
移动力学的影响。图 8 为 CN、OCN 和 WCN 的 EIS
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样品 ρ 1/(g/L) ρ 2/(g/L) W/g S/(cm /g)
谱图。由图 8 可见，在相同条件下，以 CN 修饰的
CN 0.01369 0.01277 0.0310 7.765×10 4
电极上的曲率半径最大，而以 WCN 纳米片修饰的
OCN 0.01369 0.01078 0.0312 2.413×10 5
电极几乎是一条直线，说明 WCN 的曲率半径远小
WCN 0.01369 0.01038 0.0307 2.823×10 5
于 CN 和 OCN。EIS 图的曲率半径越小表明光生载
由表 1 可知，在 MB 初始质量浓度相同的情况 流子在光催化材料中传输的阻力越小，载流子越容
下，用 3 种催化剂对 MB 进行吸附，吸附平衡后， 易实现迁移与分离，光生载流子的复合率大大降低，
通过计算，CN、OCN 和 WCN 的比表面积分别为 光量子产率提高，材料具有更好的催化活性 [26] 。这
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7.765×10 、2.413×10 和 2.823×10 cm /g，WCN 和 也说明水解反应制备的 WCN 是厚度更薄的纳米片，
OCN 的比表面积分别是 CN 的 3.6 倍和 3.1 倍，同 超薄的片层使得其导电性增强，载流子阻抗变小，