Page 180 - 《精细化工》2022年第10期
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·2114· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷
的质量浓度，mg/L；A 0 为污染物水溶液的初始吸光 构中。
度；A t 为污染物水溶液暗吸附或光照 t 时刻的吸光度。 2.1.2 SEM 分析
1.5 捕获自由基实验 采用 SEM 对样品的形貌进行了分析，结果见图
为探究不同活性物种对 RhB 降解的影响，在暗 2。从图 2a 可以看出，纯 g-C 3 N 4 为不规则的二维层
吸附前向初始 RhB 水溶液（10 mg/L，100 mL）中 状结构，片层间呈现出明显的聚集形态，说明 g-C 3 N 4
加入不同捕获剂，然后再加入催化剂进行暗吸附， 是由沿 c 轴堆叠的类石墨平面组成。当 Zr 掺杂量为
捕获剂加入量均为 0.1 mmol，其余步骤与 1.4 节相同。 1.25%时，g-C 3 N 4 较大的片层逐渐分裂（图 2b）。当
1.6 光催化稳定性实验 Zr 掺杂量为 2.5%时，g-C 3 N 4 中较大片层继续缩小，
对催化剂进行循环利用以探究降解 RhB 的稳定 但堆积状态仍较明显（图 2c）。当 Zr 掺杂量提高至
性。光催化具体步骤与 1.4 节相同，在每次实验后， 5%时，较小的片层继续分裂，较为松散的结构有利
将催化剂用去离子水与无水乙醇洗涤 3 次，烘干后 于比表面积的提高，从而为反应提供更多活性位点，
待下次利用，如此往复，共循环 4 次。 减小电子空穴的复合，有利于光催化活性的提高（图
2d、e）。而当 Zr 掺杂量提高至 10%时，g-C 3 N 4 片层
2 结果与讨论 仍呈较大的片层结构。这些现象说明了 Zr 掺杂不会
显著改变 g-C 3 N 4 的形貌（图 2f）。
2.1 表征与分析
2.1.1 XRD 分析
纯 g-C 3 N 4 及不同 Zr 掺杂量 Zr/g-C 3 N 4 的 XRD
谱图如图 1 所示。从图 1 可以看出，纯 g-C 3 N 4 有 2
个不同强度的衍射峰，2θ=27.60°处的强峰为 g-C 3 N 4
的(002)晶面衍射峰，归因于芳香体系的层间堆叠，
2θ=12.72°处的弱峰为 g-C 3 N 4 的(100)晶面衍射峰，
归因于 g-C 3 N 4 三嗪环单元的平面重复结构 [17] 。
图 2 g-C 3 N 4 （a）、1.25Zr/g-C 3 N 4 （b）、2.5Zr/g-C 3 N 4 （c）、
图 1 不同催化剂的 XRD 谱图
Fig. 1 XRD patterns of different catalysts 5Zr/g-C 3 N 4 （d、e）和 10Zr/g-C 3 N 4 （f）的 SEM 图
Fig. 2 SEM images of g-C 3 N 4 (a), 1.25Zr/g-C 3 N 4 (b),
从图 1 还可以看出，随着 Zr 掺杂量的提高，(002) 2.5Zr/g-C 3 N 4 (c), 5Zr/g-C 3 N 4 (d, e) and 10Zr/
g-C 3 N 4 (f)
晶面衍射峰强度逐渐减弱，但 2θ 角未发生明显偏
4+
移，表明 g-C 3 N 4 的聚合受到了 Zr 的影响，但适量 2.1.3 FTIR 分析
Zr 的掺入不会明显改变 g-C 3 N 4 的晶型。值得注意的 通过 FTIR 表征了 g-C 3 N 4 及 5Zr/g-C 3 N 4 的官能
是，5Zr/g-C 3 N 4 的(100)晶面衍射峰几乎消失，表明 团，如图 3 所示。
Zr 物种嵌入了平面内，与其他金属掺杂的 g-C 3 N 4 从图 3 可以看出，纯 g-C 3 N 4 在 3000~3600 cm –1
材料相似，(100) 晶面衍射峰的消失可能是其沿着 处为 N—H 键和 O—H 键的伸缩振动峰，与 g-C 3N 4
Zr/g-C 3 N 4 的(001)晶面方向重新堆叠所致 [18] 。此外， 中未缩合的 氨基及样品 吸附的 H 2O 有关 [19] ，
–1
10Zr/g-C 3 N 4 样品在 2θ=16.16°处出现了一个新峰， 1700~1200 cm 处为 N—C==N 杂环的伸缩振动峰，
–1
这说明过量的 Zr 掺杂将在一定程度上影响 g-C 3 N 4 是 CN 杂环的典型拉伸模式，809 cm 处为庚嗪环
的结构。其次，XRD 谱图中未发现归属于 Zr 或 ZrO 2 的弯曲振动峰，表明合成的 g-C 3 N 4 是由庚嗪环单元
结构的衍射峰，意味着 Zr 高度分散于 g-C 3 N 4 的结 所组成 [20] 。5Zr/g-C 3 N 4 样品的红外特征峰与 g-C 3 N 4
