Page 99 - 《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 ·89·

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称取 0.03 g 样品于 195 mL 去离子水中，超声 价带中的光生电子 e 与光生空穴 h 发生分离。水中
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分散后加入 MB 溶液中，避光使其达到吸附平衡， 溶解的 O 2 附着在催化剂表面上，在 e 的强还原作用
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然后进行光催化性能测试，考察 MB 降解率。在相 下，生成•O 2 ，水中的 OH 在 h 的强氧化作用下被氧
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同的实验条件下使用 4 次，每次用去离子水、乙醇 化为•OH，溶液中的•O 2 、h 以及•OH 都可以攻击吸
以及酸洗涤 3 次，烘干后用于下一次反应。由图 11 附在催化剂表面的 MB 分子，使其逐步分解为 CO 2
可以看出，WCN 使用 4 次后，在相同的光照时间下， 和 H 2 O [28] ，溶液中的 MB 分子被去除。二维 g-C 3 N 4
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降解率基本保持相同的数值，4 次使用曲线保持相 纳米片的特殊结构提高了 e 与 h 的分离效率，提高
同的轨迹。经过 4 次使用后，MB 的降解率从 82.0% 了光催化性能。
变化到 78.0%，略有下降，这可能是由于在回收过
程中样品会有少量的损失，或者在数次使用后，光
催化剂表面可能残存一些无法去除的 MB 使活性位
点减少而造成的。图 11 说明水热反应法制备的 WCN
具有良好的稳定性，可以进行多次重复使用。
2.9 光催化降解 MB 机理分析
为了研究可见光照射下 g-C 3 N 4 催化降解 MB 的
催化机理，进行了活性物种捕捉实验。将 IPA、BZQ
和 TEOA 分别加入到 WCN 降解 MB 的反应体系来
捕获光催化过程中产生的羟基自由基（•OH）、超氧
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自由基（•O 2 ）和空穴（h ） [25] ，结果见图 12。

图 13 g-C 3 N 4 光催化降解 MB 的机理
Fig. 13 Mechanism of g-C 3 N 4 photocatalytic degradation
of MB

3 结论

（1）采用水热反应法将三聚氰胺与水混合反应
生成中间产物，煅烧中间产物成功制备出超薄的二
维 g-C 3 N 4 纳米片材料。同时采用热氧剥离法制备了
二维 g-C 3 N 4 纳米片。表征结果显示，水热反应法和
热氧剥离法对 CN 进行了剥离，OCN 和 WCN 二维

图 12 无捕获剂、TEOA、BZQ 和 IPA 对光催化降解 MB 纳米片与 CN 晶体结构和组成相同，而 WCN 和 OCN
的影响 的比表面积分别是 CN 的 3.6 倍和 3.1 倍。
Fig. 12 Effect of no capture agent, TEOA, BZQ and IPA （2）可见光照射下，420 min 时 WCN 对 MB 的
on photocatalytic degradation of MB 降解率达到 82.0%，分别是 OCN 和 CN 的 2.4 倍和

6.7 倍。光催化降解过程符合一级动力学方程，WCN
由图 12 可知，3 种捕获剂对催化剂的降解均具
光降解 MB 的速率常数分别为 CN 和 OCN 的 13 倍
有一定抑制作用，其中 IPA 和 BZQ 的加入使得 MB
和 4 倍。与 CN 相比，WCN 有更多的活性位点，更
的降解率很小，在降解 420 min 时，MB 的降解率
快的传质扩散速率和更小的载流子阻抗，具有更好
大约为 29.1%和 31.2%，说明 IPA 和 BZQ 对催化剂
的载流子迁移与分离效率。WCN 具有较好的稳定性
的催化活性有很大影响，该催化过程中主要的活性
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基团为•OH 和•O 2 。TEOA 加入使得 MB 的降解率较 和可重复使用性能。
IPA 和 BZQ 略有增强，420 min 时 MB 的降解率大 参考文献：
约为 49.8%，比无活性物种的 MB 降解率 82.0%小， [1] ZHANG J S (张金水), WANG B (王博), WANG X C (王心晨).
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说明 h 也是该光催化过程的活性基团，但所起的作 Carbon nitride polymer semiconductor photocatalysis[J]. Progress in
用较小。 Chemistry (化学进展), 2014, 26(1): 19-29.
由活性物种捕捉实验可以推断出：g-C 3 N 4 光催 [2] WANG R F, WANG F M, AN S L, et al. Y/Eu Co-doped TiO 2:
Synthesis and photocatalytic activities under UV-light[J]. Journal of
化降解 MB 的机理如图 13 所示。在光催化降解 MB
Rare Earths, 2015, 33(2): 154-159.
过程中，在可见光照射下，溶液里的 g-C 3 N 4 纳米片 [3] SUBRAMANIAN N, HARI C, RAJESH J. Recent advances based