Page 182 - 《精细化工》2022年第10期

·2116· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

Co、Ni 于 g-C 3 N 4 中，发现比表面积提升 1.4~1.9 倍，
Zr 掺杂后与之类似，表明 Zr 掺杂能够有效增强
g-C 3 N 4 的比表面积。但过量掺杂造成了 Zr/g-C 3 N 4
比表面积有所减小，可能是过量掺杂阻碍了前驱体
盐酸胍在高温热聚合中释放 HCl 和 NH 3 等气体的过
程，并在一定程度上影响了 g-C 3 N 4 片层的分裂。而
适量的 Zr 掺杂增大了 g-C 3 N 4 的比表面积，这会增
加光催化反应的活性位点，并促进反应物的吸附，
削弱光生电子-空穴对的复合，从而改善催化剂的

光催化性能。 图 6 不同催化剂的 UV-Vis DRS 谱图（a）和 Tauc 图（b）
Fig. 6 UV-Vis DRS spectra (a) and Tauc' plot (b) of
different catalysts

2.1.7 PL 分析
PL 光谱可测定半导体光催化剂中光生电子-空
穴对的分离情况，谱图中峰的荧光强度能够反映出
催化剂内部光生电子与空穴的复合程度，峰强度越
低则说明复合程度越低，具有更好的光催化活性。
在 360 nm 激发波长下测试了不同样品的 PL 谱图，
见图 7。从图 7 可以发现，样品在 460 nm 处出现了
不同 强度的 PL 发 射峰， 峰荧光强度 依次为
g-C 3 N 4 >1.25Zr/g-C 3 N 4 >2.5Zr/g-C 3 N 4 >10Zr/g-C 3 N 4 >5
图 5 不同催化剂的 N 2 吸附-脱附等温线
Fig. 5 N 2 adsorption-desorption isotherms of different Zr/g-C 3 N 4 。其中，g-C 3 N 4 峰荧光强度最强，说明纯
catalysts g-C 3 N 4 的电子-空穴易发生复合 [31] 。改性后催化剂的
PL 发射峰荧光强度均有明显减弱，其中 5Zr/g-C 3 N 4
2.1.6 UV-Vis DRS 分析 的 PL 发射峰荧光强度最低，说明 Zr 掺杂明显促进了
UV-Vis DRS 研究催化剂的光电化学性质，图 g-C 3N 4 光生-电子与空穴的分离，能有效增强光催化性
6a 为不同催化剂的 UV-Vis DRS 光谱。根据 Tauc Plot 能，这一结果 与 Zr 掺杂 g-C 3N 4 的相关报道一致 [14] 。
方法对图 6a 中数据进一步处理，得到图 6b，由于
g-C 3 N 4 为间接带隙半导体，以 hv 为横坐标，以
(αhv) 1/2 为纵坐标绘图，对曲线做切线并延长至 x 轴，
交点即为催化剂的带隙值 [29] 。经计算，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 E g （带隙）分别为 2.52、2.34、2.31、
2.28 和 2.18 eV，可见随 Zr 掺杂量的增加，带隙逐
渐减小，说明 Zr 掺杂拓宽了催化剂对可见光的吸
收，进而增强 g-C 3 N 4 的光催化活性，这一结果与
Zr 掺杂其他半导体光催化剂情况一致 [30] 。

图 7 不同催化剂的 PL 谱图
Fig. 7 PL spectra of different catalysts

2.2 光催化性能评价
2.2.1 不同催化剂降解 RhB 的活性
图 8a 显示了不同催化剂在可见光下对 RhB 降
解率的影响。所有样品在光照前 30 min 内均已达到
吸附平衡，由于比表面积的增加，掺杂 Zr 后的样品
较纯 g-C 3 N 4 暗吸附有所增强。从图 8a 可以看出，
光照 60 min 后，g-C 3N 4、1.25Zr/g-C 3N 4、2.5Zr/g-C 3N 4、