Page 181 - 《精细化工》2022年第10期

第 10 期 张仰全，等: Zr 掺杂 g-C 3 N 4 光催化降解有机污染物 ·2115·

相似，并且未发现与 Zr 相关的特征峰，这说明 Zr
掺杂基本不影响 g-C 3 N 4 的结构。

图 4 g-C 3 N 4 和 5Zr/g-C 3 N 4 的 XPS 谱图
Fig. 4 XPS spectra of g-C 3 N 4 and 5Zr/g-C 3 N 4

从图 4 可以看出，g-C 3 N 4 的 C 1s 谱图有 3 个特
图 3 g-C 3 N 4 和 5Zr/g-C 3 N 4 的 FTIR 谱图 征峰，结合能位于 284.6 eV 的特征峰源于 C—C 键
Fig. 3 FTIR spectra of g-C 3 N 4 and 5Zr/g-C 3 N 4 2
中的 sp 碳，位于 286.0 eV 处的峰归因于 C—NH 2

2.1.4 XPS 分析 中的碳，位于 288.1 eV 处的峰归属于含氮芳环 N—
分析了所制备催化剂的元素组成与化合价态， C==N 中的杂化碳 [21] 。5Zr/g-C 3 N 4 位于 286.0 eV 附
g-C 3 N 4 和 5Zr/g-C 3 N 4 的高分辨 XPS 谱图如图 4 所示。 近的峰向高结合能方向发生轻微偏移，可能与 Zr

的掺杂有关。g-C 3 N 4 的 N 1s 谱图有 4 个特征峰，结
合能分别位于 398.5、399.3、400.8 和 404.0 eV，分
2
别代表三嗪环（C—N==C）中 sp 键合的氮、叔氮、
末端氨基官能团（C==N—H）和 π 激发 [22-23] 。
5Zr/g-C 3 N 4 N 1s 的 4 个特征峰均向高结合能处发生
轻微偏移，可能是样品中存在的 Zr—C 或 Zr—N 键
所致 [24] 。g-C 3 N 4 的 O 1s 谱图有 2 个特征峰，其结合
能位于 531.8 和 533.2 eV，分别代表吸附水和表面的
羟基 [25] 。而 5Zr/g-C 3 N 4 的 O 1s 谱图中有 3 个特征峰，
其中结合能位于 533.1 eV 的峰与 g-C 3 N 4 的类似，与
样品表面的羟基有关，另外 2 个低结合能的特征峰
分别位于 529.7 和 531.3 eV，表明样品中存在 O—
Zr 键 [26] 。5Zr/g-C 3 N 4 的 Zr 3d 谱图中 2 个特征峰分
别位于 182.1 和 184.5 eV，与 ZrO 2 中 Zr 3d 峰的结
合能（ 182.2 和 184.7 eV）非常 接近， 这说 明
5Zr/g-C 3 N 4 中的 Zr 物种是以+4 价存在于 g-C 3 N 4 中
的 [14] 。
2.1.5 N 2 吸附-脱附分析
利用 N 2 吸附-脱附等温线测试不同样品的 BET
比表面积，如图 5 所示。
从图 5 可以看出，所有样品均呈现出相似的Ⅳ
型等温线，且带有 H3 型迟滞环，这说明催化剂中
存在介孔结构 [27] 。经测定，g-C 3 N 4 、1.25Zr/g-C 3 N 4 、
2.5Zr/g-C 3 N 4 、5Zr/g-C 3 N 4 和 10Zr/g-C 3 N 4 的比表面
积（S BET ）分别为 61.84、78.73、86.44、143.00 和
2
94.27 m /g，可以看出掺杂 Zr 后的样品比表面积均
有所提升，且随 Zr 掺杂量的提高呈现先增大后减小

的趋势，其中 5Zr/g-C 3 N 4 的比表面积最大，为 g-C 3 N 4
的 2.3 倍多。OH 等 [28] 以尿素为前体，分别掺杂 Fe、