g-C3N4TiO2的制备与光催化性能研究

g-C3N4/TiO2的制备与光催化性能研究摘要在新能源材料不断发展的21世纪，二氧化钛作为一种白色固体或粉末状的两性化合物走在光催化领域的前沿，其本身在具有氧化性能高，无毒，光稳定性能好，成本低，绿色，环保优点的同时还具有两个明显的缺点，那就是它的电子空穴对的复合率高，和对太阳光的利用率低，所以为了更好的提高它的光催化效率，而将二氧化钛与g-C3N4复合在一起。石墨化氮化碳(g-C3N4)是氮化碳最稳定的同素异形体，近年来一直是人们研究的热点。本实验采用两种方法来制备复合光催化材料，一种是固相法，另一种是溶胶凝胶法。固相法和溶胶凝胶法都需要配制A溶液，A溶液的主要成分是钛酸四丁酯、三乙醇胺和无水乙醇的混合产物。固相法的具体操作步骤还需要将在525℃条件下烧结后的尿素样品粉末（呈淡黄色）边搅拌边加热加入到A溶液中，所得样品在空气中干燥24小时，然后放入烘箱中烘干至开裂，取出样品经研磨后在放入马弗炉里不同温度煅烧，最后即可分析测试；溶胶凝胶法还需要配置B溶液，将B溶液在边加热边搅拌条件下滴加到A溶液中，所得溶胶同样在空气中干燥24小时，然后放入烘箱中烘干至开裂，取出样品经研磨后在放入马弗炉里不同温度煅烧，最后即可分析测试。最后制的g-C3N4/TiO2，将所得的样品加入甲基橙溶液后观察其降解效果，并通过XRD衍射分析、固体紫外分析、PL光致发光测试等对复合材料的晶体结构、光学吸收特性进行了测试和分析。实验结果表明当甲基橙浓度为10mg/L，暗反应吸附30min，光催化时间为一个小时时，固相法550℃，二氧化钛和尿素配比为1：1.2时光催化效果最好；溶胶凝胶法525℃，15g尿素加入30ml乙醇加入5ml水的配比光催化效果最好。关键词g-C3N4；TiO2；光催化；固相法；溶胶凝胶法

Abstract

Inthe21stcentury,withthecontinuousdevelopmentofnewenergymaterials,titaniumdioxide,asawhitesolidorpowderamphotericcompound,isattheforefrontofthefieldofphotocatalysis.Ithasnotonlytheadvantagesofhighoxidationperformance,non-toxic,goodphotostability,lowcost,greenandenvironmentalprotection,butalsotwoobviousdisadvantages,thatis,highrecombinationrateofitselectronholepairandsunlightInordertoimproveitsphotocatalyticefficiency,titaniumdioxideandg-C3N4arecombinedtogether.Graphitizedcarbonnitride(g-c3n4)isthemoststableallotropeofcarbonnitride,whichhasbeenaresearchhotspotinrecentyears.Inthisexperiment,twomethodsareusedtopreparecompositephotocatalyticmaterials,oneissolidphasemethodandtheotherissol-gelmethod.Bothsolidphasemethodandsol-gelmethodneedtoprepareAsolution.ThemaincomponentofAsolutionisthemixtureoffourbutyltitanate,triethanolamineandanhydrousalcohol.Thespecificstepsofthesolidphasemethodalsoneedtoheattheureasamplepowder(yellowyellow)andstiritintoAsolutionat525degreetemperature.Thesampleisdriedfor24hoursintheairandthendriedintheoventocrack.Thesamplesarecalcinedinamufflefurnaceatdifferenttemperaturesafterbeinglapped,andcanbeanalyzedandtestedfinally.Sol-gelmethodisalsoneeded.PlacesolutionB,addsolutionBtosolutionaundertheconditionofheatingandstirring,drytheresultingsolinairfor24hours,thendryitintheovenuntilcracking,takeoutthesampleandgrindit,thencalcineitinmufflefurnaceatdifferenttemperatures,andfinallyanalyzeandtestit.Thefinalg-c3n4/TiO2wasaddedintomethylorangesolutiontoobservethedegradationeffect.ThecrystalstructureandopticalabsorptioncharacteristicsofthecompositeweretestedandanalyzedbyXRD,solidUVandPLphotoluminescence.Theexperimentalresultsshowedthatwhentheconcentrationofmethylorangewas10mg/L,thedarkreactionwasadsorbed30minandthephotocatalytictimewasasmalltime,thesolidphasemethodwas550degrees,theratiooftitaniumdioxideandureawas1:1.2,andthebestcatalyticeffectwasobtained.Whenthesol-gelmethodwas525degrees,theratioof15gureato30mlethanoladded5mlwaterwasthebest.Keyword：G-C3N4;TiO2;photocatalysis;solidphasemethod;sol-gelmethod前言可见光占据了太阳能光谱中的很大一部分，约为45％，而普通的TiO2等单一半导体光催化剂的禁带宽度较大，仅能吸收紫外光，所以对太阳能利用率很低，因此，研究能够对可见光能很大利用的的光催化剂，成为太阳能光谱进行有效利用成为当今科学探索的重点。石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种新型的非金属有机半导体光催化剂近年来受到广泛关注，其具有类似于石墨的片层结构，由单层的氮化碳薄片通过层层堆叠而成，sp2杂化的碳原子和氮原子原子之间以σ键连接，相间排列形成六元杂环结构(C3N3)层内由三嗪或均三嗪杂环之间通过环末端的氮原子连接而形成一张无限扩展的平面。另外其禁带宽度约为2.7eV，在可见光区有吸收，在水溶液中(pH=0-14)具有高稳定性和无毒性。但在实际应用过程中g-C3N4存在着光生电子和空穴易于复合，量子效率低等缺陷大大限制了其使用。复合半导体是利用两种或者多种不同能级结构的半导体材料进行匹配复合形成异质结。这种能级的耦合可以使复半导体的光吸收范围扩大。将TiO2和g-C3N4进行组装，合成g-C3N4/TiO2复合材料。由于g-C3N4的导带电势比TiO2的导带电势低，能带匹配不同，所以利用两者的优势互补来进行复合光催化效率的提高。

1绪论1.1光催化原理1.1.1光催化研究背景当今社会发展日新月异，在电镀、印染、纺织、造纸、矿物开采、冶金等等不同行业的生产生活中，产生的含重金属离子废水、刺激性和/或腐蚀性的气体及难以降解的有机物日益增多，这些物质（如镉离子、汞离子、氯、氨硫酸二甲酯、二氧化硫、三氧化硫、氮氧化物等）在引起人生理不适的同时，还引发空气污染、水体污染、固体废弃物污染、土壤污染等各类污染现象，而且它们中大部分物质属于致突变、致畸形、致癌物质[1]，严重的危害了人类的生存健康与发展。而随着人们物质生活水平的提高，人们对生活质量水平的要求也越来越高，居住在天蓝、水绿、空气更清新的家园成为大家一心向往的美好愿望，而如何处理这类污染物质就成了当务之急。传统的处理技术已越来越难以满足要求，而TiO2光催化技术的出现，为了人们开辟了一条全新的、高效环保的处理污染物的路径。就纳米TiO2光催化氧化技术而言，其反应条件相对于其他技术没有那么苛刻，并且可通过太阳能实现催化（虽然只能利用紫外线光波段的太阳光能量）等突出性质而在环保方面展现了广阔的发展前途[2]。在1972年Nature杂质上，日本的科学家藤岛昭(Fujishima)等首先在上报道了TiO2光催化氧化的现象，该现象被称为honda-fujishimaeffect[3]，此后，TiO2其凭借其拥有稳定的化学性质、有广泛的适用范围、不具有毒性、光催化反应效率较高、价格低廉且容易制得等一系列独到的优势，迅速地成为了当时的研究热点[4]。TiO2光催化氧化作为一种相对高级氧化技术，在室温下即可开展光催化，同时不需要结合其他物质辅助反应进行，不像其他材料只针对于特定的有机物大分子，可广泛的进行深度氧化，且最终产物不会引起二次污染，不仅对无机污染物有良好的去除效果，对有机废臭气体、难以氧化的有机物等也具有很高的去除率，这些优点都使其成为了一种非常理想的、用于净化废水废气等污染物的材料。1.1.2半导体光催化原理图1.1光催化原理示意图如图1.1光催化存当TiO2收到能量大于其禁带宽光线照射时会产生光电子，光电子经由能级跃迁过程，产生电子与空穴对，通过电场的作用，空穴能够迁移到表面。光生空穴俘获电子能力较强，能吸附的OH-和水分子，并在其表面上氧化成羟基自由基·OH，而·OH自由基具有强氧化性，能将需降解的大分子氧化，最终生成二氧化碳和水。跃迁到表面的电子则具有极强的还原能力，与表面吸附的氧分子反应，生成超氧离子自由O2-，又与水进一步反应，产生过羟基·OOH和双氧水H2O2。其具体反应如下：TiO2⇋TiO2(h+·e-)OH-+h+→·OHH2O-+h+→·OH+H+O2+e-→O2·-O2·-+H2O→·OOH+OH-2·OOH→H2O2++O2·OOH+H2O+e-→H2O2+OH-H2O2+e-→·OH+OH-·OH+·OH→H2O2其中羟基自由基·OH、超氧离子自由基O2-、过羟基·OOH和双氧水H2O2可直接降解有机物，或利用其氧化性引起连锁反应，达到降解有机物的目的。并且羟基自由基·OH对各类不同的物质都有催化效果，在光催化氧化中起到了不可或缺的作用。此外，光催化效果的还取决于TiO2的晶粒尺寸。晶粒尺寸减小，比表面积增大，可吸附更多的目标催化物质，光催化反应能更好的开展。TiO2内产生的电子-空穴对不断进行分离、被俘获与复合的过程，尺寸减小，电子与空穴的氧化还原电位更高，光催化的效能增加；电子、空穴能够达到晶粒表面的数量多少，与纳米晶粒尺寸有着直接关系，尺寸越小，电子与空穴迁移到表面的路程减少，到达表面的数量多，同时也加快了反应的进行，降低了电子与空穴互相复合的几率；比表面积的变大，可吸附更多的反应物，使反应几率增大。因此，纳米级的TiO2才具有较高的催化反应活性。纳米颗粒尺度小于载流子的平均自由程，使得电子与空穴迁移地相对更快，直接减少了两者在中途的符合机会。1.1.3光催化的发展光催化是在腾岛昭教授在1967年的一次实验中发现的现象，在这个实验中对放入水中的氧化钛单晶进行了单晶紫外灯照射，结果发现水被分解成了氢和氧。就从这个实验现象被发现后，各个国家开始了对光催化的探索，而光催化技术一直是国内外研究的热点。此外还可以利用光催化技术制氢，将太阳能转化成氢能，光催化太阳能制氢是一种集成本低廉、光转换效率高、无污染、能量储存等优点一体的方法，同时这个领域的应用也越来越广泛。在新能源材料应用和发展的今天，以及对环境问题的持续关注，国际上对光催化领域的研究已越来越深，典型的天然光催化剂就是生物研究领域的叶绿素，它是将太阳能转化成被本身利用的能量，在植物体内通过光合作用将空气中的二氧化碳、水，转化成氧气和碳水化合物。这种催化剂可以降解几乎所有对人体有害的有机物及部分无机物，而且还能加速降解的速度，可以说催化剂的优点可以被概括为更高、更快、更有效。太阳能作为地球最广阔的资源之一，实在为光催化提供了得天独厚的优势。目前在光催化领域的发展，我们已经从最开始的发现实验规律，到应用在军事领域的应用和研究、医疗方面的应用和研究、在高压输变电线路安全保障方面的研究、光催化技术及产品的工程化和产业化研究与设计等等。同时光催化领域的最新研究进展主要集中体现在认识光催化太阳能转换效率的限制因素；揭示光催化机理与发展表征手段；设计基于改善光催化反应的效率，阐明光催化材料的构建、高选择性环境净化体系等方面。1.1.4光催化性能的主要影响因素材料的光催化性能会受到很多因素的影响，比如，能带、光生电子和空穴的捕获和分离、比表面积、反应温度和pH等，选用的光源不同也会对光催化效果产生影响。(1)半导体的能级结构:光催化材料的光响应范围取决于能级结构，通常来讲，光催化材料的带隙越窄，光响应范围就越大，光催化效果就越好，但是，如果带隙太窄，光生电子和空穴就很容易复合，光催化的活性反而会降低。所以选择半导体时要虚选择合适的带隙宽度的材料。(2)晶粒尺寸和比表面积：光催化材料的晶粒尺寸越小，量子尺寸效应对光催化的效果就会影响越大，光催化效果就会越好。与此同时，晶粒小就意味着比表面积大，而比表面积大，则会增加材料的光催化活性，进一步提高光催化的效率。(3)反应温度和pH值：吸附脱附的过程，表面迁移过程等，都会受到温度的影响。一旦温度不合适，就会降低材料的光催化活性，影响光催化效果。而pH值对光催化过程也有重大影响，pH值不同会影响材料的表面性质，然后进一步影响吸附脱附平衡，同时，酸碱度还会对光生载流子的转移产生影响，不合适的pH值会使电子更容易和空穴复合，从而降低光催化效率。由此可见，反应体系中的温度和pH值，会对光催化过程有重大影响，实验进行时需要严格把控。1.1.5提高光催化性能的主要途径作为一种高级氧化工艺，半导体光催化技术被应用于各个方面，大到航空航天，小到微观器材的设计应用，可以说这种应用无处不在，无时不有；而单一的光催化材料往往具有一些缺点和局限性，所以可以从以下方式进行改进和发展，如：金属离子的掺杂、过渡金属的掺杂和将其负载到其它介质上，它们的掺杂方式和实验方式有着根本区别。(1)非金属离子掺杂：通过强电场的作用，将杂质离子加入材料中，杂质离子的引入会增加晶格缺陷，在光催化过程中可以扩宽材料的光响应能力，有效降低样品禁带宽度，提高光生载流子浓度，进而提升光催化效果。(2)金属离子的掺杂：如锌离子掺杂到钨酸铋样品中，这是利用金属离子对电子-空穴对的捕获作用来提高复合光催化材料的催化效率，因为金属离子的掺杂改变了样品的结晶度，在样品结构中引入了缺陷的位置，使材料的光学性质发生改变，激发生成的光生电子和空穴同时被掺杂离子所捕获而局部分离，使载流子的复合率下降。(3)负载介质：如：将二氧化钛负载到SBA-15上，SBA-15是一种介孔分子筛，将二氧化钛负载在上面以后可以提高他的复合光催化效率，因为二氧化钛粉体在使用过程中存在着易团聚、易失活和难以从反应物分离出来的缺点，所以负载过以后可以提高它的光催化效率。1.2g-C3N4\TiO2光催化剂1.2.1g-C3N4材料简介C3N4一共有5种结构,它们分别是a相、β相、方相、准立方相和类石墨相。如下图1所示，其中类石墨相(g-C3N4)的结构是最稳定的，它具有类似石墨的层状结构,組包含了两种同素异形体。这两种同素异形体由于含氮孔的位置不同，导致了稳定性也有所不同，Kroke等通过密度泛函理论(DFT)计算发现(b)图中的3-s-三嗪为结构单元连接而成的g-C3N4稳定性最好，因此,近年来研究中使用的g-C3N4都是图(b)中这种结构。1.2.2g-C3N4的典型合成方法高温热聚合法：使用三聚氰胺作为前驱体，在升温过程中，三聚氰胺会先聚合成三嗪环结构，然后三嗪环会逐渐缩聚，最后生成层状的g-C3N4。但是，在温度过高时，g-C3N4会分解，所以实验中要严格控制温度。气相沉积法：这种方法把含碳元素的有机物作为原料，在加热或者其他条件下，分解成小分子，最后聚合成氮化碳固态薄膜。气相沉积法在整个氮化碳研究史上，起到了至关重要的作用，并且取得了很好的成果。电化学沉积法：电化学沉积法可以拉低反应的势垒，降低沉积的温度，还能给反应提供所需的碳氮单键。在外电场作用下，电解液里的正负离子发生迁移，在电极上生长出g-C3N4。溶剂热法：这是制备g-C3N4材料的方法中较早的一种，而且此方法操作简单，过程易控，在有机溶剂中溶入含碳氮的小分子，在反应釜中特定温度下保温一段时间，然后就可以得到g-C3N4。固相合成法：此方法利用的是在高温高压下，混合具有三嗪结构的化合物，例如尿素和三聚氰胺等，使其中的碳氮化学键断开并重组，最后得到产物g-C3N4。研究人员利用此方法，成功制备了各种形貌的氮化碳。高温高压合成法：高温高压合成法是指，利用高温高压，使不同物质间发生化合反应或者多型相转变，然后得到新产物的方法。通常用于制备亚稳态的材料，而C3N4就是一种亚稳态结构，理论上可以使用此方法制备。但是由于碳氮三键稳定性极高，高温下碳氮三键不会发生断裂，反而是会生成氮气，然后直接逸出，这无疑降低了合成产量和效率，因此，实际应用时基本不会使用高温高压合成法制备g-C3N4。1.2.3g-C3N4的优点及应用领域石墨相氮化碳g-C3N4独特的结构决定了它在光催化领域具有广泛的应用。目前，g-C3N4主要应用于光分解水制氢，光催化还原减少碳氢化合物燃烧时CO2排放量,光催化污染物分解和杀菌消毒等方面。发展万向:1.水分解,2.降低环境中二氧化碳含量,3.灭菌消毒,4.环境净化1.2.4g-C3N4的局限性和改进方法在g-C3N4材料的应用过程中，主要面临的挑战有:电子-空穴复合太快、量子效率低、比表面积不够大等等，这很大程度上限制了它的实际应用效果。因此，国内外的研究人员们针对这些问题提出了多种g-C3N4材料的改进方法,例如前驱体、制备工艺制备方法的优化，纳米化改性,化学掺杂改性,物理复合改性等等。1.3选题的意义及研究内容当今社会的快速发展和人民生活水平的提高带来了一些环境问题，对生态环境造成了巨大破坏。例如：空气污染、水污染、和土壤污染对环境的平衡产生了巨大的压力，也影响了人们的生活。为了解决和改善环境污染的问题，人们在科学探索中发现了许多可行的方法，其中运用光催化材料是一种高效、容易解决的方案。光催化材料在环境污染修复中有明显的优势和效果。光催化材料具有效率高、功率低、方便简洁、对反应条件要求低、反应范围广、二次污染少等优点。光催化技术是利用光子能量将反应条件相对严格的许多化学反应转化为温和环境下的反应的先进技术。光催化技术是指在光的照射下，如果入射光子的能量大于半导体材料的带隙能量，半导体材料的价带电子将会被激发到导带上，从而在半导体表面产生光生电子和空穴对。这些电子空穴对可以参加反应并加速氧化反应，只是光催化剂本身不发生反应。而因为二氧化钛本身还有一些缺点，所以本实验采用将g-C3N4和TiO2复合在一起提高它们的复合光催化性能来满足，杀菌、除臭、防污等功能，可进一步净化、改善我们的生活环境。2实验2.1实验药剂表2-1实验试剂规格及生产厂家试剂化学式规格生产厂家酞酸四丁酯C16H36O4Ti分析纯阿拉丁试剂（上海）有限公司三乙醇胺C6H15NO337wt%江苏彤晟化学试剂有限公司无水乙醇C2H5OH分析纯国药集团化学试剂有限公司尿素CH4N2O分析纯国药集团化学试剂有限公司甲基橙C14H14N3NaO3S分析纯上海国药化学试剂有限公司2.2实验用仪器表2-2实验仪器的型号和生产厂家仪器名称型号生产厂家节能箱式电炉KF1100南京博蕴通仪器科技有限公司电热鼓风恒温干燥箱DHG-101上海一恒科技仪器多头磁力加热搅拌器CJJ78-1金坛市白塔新宝仪器厂台式高速离心机TG16-WS常州金坛良友仪器有限公司电子分析天平FA2004上海上平仪器有限公司光化学反应仪BL-GHX-V上海比朗有限公司紫外-可见光光度计UV-2600岛津公司X射线衍射仪DX-2700丹东方圆仪器有限公司2.3表征仪器简介实验所用的表征仪器有汞灯光源，X射线衍射(XRD)，紫外可见分光光度计等。具体介绍如下：汞灯光源：如图2.1所示，实验过程中，光降解测试使用的光源是由上海比朗有限公司生产的BL-GHX-V型号的汞灯光源。此仪器采用了紫外滤光片，将紫外光过滤掉，仅保留可见光进行测试。通过光降解测试结果，可初步判断光催化材料的光催化性能。图2.1光化学反应仪X射线衍射仪(XRD)：XRD是通过衍射峰对应的角度，测量晶体结构、晶体尺寸、物相的定性定量分析、织构分析、应力测量。产生的X射线需要电子定向高速运动后冲击靶。X射线的电压值为K系激发电压的3-5倍，XRD中的缝隙，是为了保证入射X射线的水平方向的发散度，保证X射线的单色性。X射线透射到晶体中时，会受到晶体中原子的散射方向波相互加强，而在某些散射方向波相互抵消，从而出现衍射现象。通过分析衍射峰，来进行XRD的分析。如图2.2所示，实验中XRD测试使用的是DX-2700型号的X射线衍射仪。图2.2X射线衍射仪紫外可见分光光度计：如图2.3所示，用于表征样品对不同波段的光的吸收能力的紫外可见分光光度计。其原理是，利用材料吸收辐射时发生跃迁，绘制材料的吸收光谱。固体紫外分析可以测试得到该样品对不同波段的吸收能力，液体紫外分析一般用于表征光降解后液体样本的降解完成度，对比后可得出降解效果最好的样品。图2.3紫外可见分光光度计(液体)图2.4紫外可见分光光度计(固体)3实验过程及数据分析3.1实验步骤本实验采用两种方法来制备，一种是固相法，另一种是溶胶凝胶法。固相法的具体操作步骤：取三份30g的尿素放入坩埚中，以6℃/min升温至525℃保温2小时，冷却到200℃以下时再从马弗炉中取出，然后将烧结后的C3N4称重，取三份1.5g烧结后的尿素，按照二氧化钛和尿素的比例1∶1、1∶1.1、1∶1.2分别确定加入的钛酸四丁酯，三乙醇胺，无水乙醇配成A溶液为28.2837ml、0.85ml、6,39ml；26.399ml、0.77ml、5.81ml；25.4302ml、0.71ml、5.33ml；然后将三份1.5g尿素分别边搅拌边加热条件下缓慢加入上述三份三个比例的溶液A，最后将上述溶液放在空气中干躁24h，再放入烘箱中烘干至开裂，研磨后的样品再放入马弗炉以6℃/min分别升温到以下三个温度475℃、525℃、550℃，保温2小时，当马弗炉温度冷却到200℃以下时取出样品，最终样品即为所求，再进行分析测试。另一种方法是溶胶凝胶法：首先还需要配置A溶液，A溶液的主要成分是9ml钛酸四丁酯，1.2ml的三乙醇胺，9ml的无水乙醇，注意在加入时，要先加无水乙醇再加钛酸四丁酯，最后在加入三乙醇胺。接着需要配置B溶液，B溶液的主要成分是三个不同比例的尿素，乙醇和水的混合溶液，分别是15g尿素，30ml无水乙醇，5ml水；20g尿素，40ml无水乙醇，8ml水；25g尿素，50ml无水乙醇，9ml水。在边加热边搅拌条件下将B溶液逐滴加入到A溶液中，注意在滴加过程中滴加速率既不能过快也不能过慢，如果滴加的速率过快会在A溶液中产生白色絮状沉淀，如果滴加速率过慢会因为溶解度的下降，发生析晶反应而导致液体滴不下去，所以滴加速率的快慢是这个试验方法成功的一个重要影响因素。同样将所得溶胶放在空气中干躁24h，然后放在烘箱中烘干至开裂，研磨后再放入马弗炉中分别升温至475℃、525℃、550℃三个不同温度，然后保温两小时，当马弗炉温度冷却到200℃以下时取出样品，最终样品即为所求，再进行分析测试。主要做的测试有XRD、固体紫外分析、PL光致发光测试系统。3.2数据分析3.2.1XRD图谱分析通过固相法和溶胶凝胶法，合成了二元异质结TiO2/g-C3N4复合材料。本文通过XRD图谱确定合成样品的晶体结构和纯度，纯的TiO2样品在衍射角2θ为25.3°、37.8°、48.0°、53.9°、55.0°和62.6°处均为现衍射峰，这些峰依次对应锐钛矿相TiO2的（101）、（004）、（200）（105）（211）和（204）晶相。图3.1和图3.2分别是固相法（550℃）、（525℃）不同比例合成复合材料，它们的XRD图谱与文献中的标准PDF卡片进行对比，发现主峰与标准PDF卡片基本相同，可以初步断定所制得的样品正确无误。图3.3溶胶凝胶法550℃不同样品质量合成的复合材料主峰与杂峰混合在一起，高度没有明显的区别，说明溶胶凝胶法制的的g-C3N4/TiO2复合材料其效果远远没有固相法制的好，其主要影响为溶胶凝胶法制备过程中液体的滴加速率，过慢会导致液体溶解度的下降导致发生析晶反应，从而使两种样品不能100%的混合，进而改变了参杂量，而引起结果发生很大的改变。综合对比得出，固相法和溶胶凝胶法的衍射峰是由g-C3N4和TiO2叠加而成，表明复合材料中同时存在g-C3N4和TiO2。图3.1固相法（550℃）不同比例合成复合材料的XRD图谱图3.2固相法（525℃）不同比例合成复合材料的XRD图谱图3.2溶胶凝胶法（525℃）不同成分合成复合材料的XRD图谱3.2.3固体紫外分析为了研究所制备的材料的光学性能，我们采用固体紫外可见分光光度计对各组材料进行了固体紫外分析。分析结果与材料光催化性具有关联。如图3.4为固相法1：1.2（525℃）g-C3N4/TiO2复合材料的紫外光漫反射图。从图中可以看出，复合材料的吸收阈值为420nm，g-C3N4/TiO2复合材料的吸收带边出现红移，显示出明显的可见光响应特征。带隙值根据吸收波长阈值并利用Eg=1240/λg（Eg为半导体带隙宽度，λg为半导体吸收光极限波长）进行计算，为2.95ev。图3.4固相法1：1.2（525℃）g-C3N4/TiO2复合材料的紫外光漫反射图如图3.5为熔胶凝胶法（525℃）15g尿素、30ml无水乙醇、5ml水制备的g-C3N4/TiO2复合材料的紫外光漫反射图。从图中可以看出，复合材料的吸收阈值为430nm，g-C3N4/TiO2复合材料的吸收带边出现红移，显示出明显的可见光响应特征。带隙值根据吸收波长阈值并利用Eg=1240/λg（Eg为半导体带隙宽度，λg为半导体吸收光极限波长）进行计算，2.88ev。图3.5熔胶凝胶法（525℃）15g尿素、30ml无水乙醇、5ml水制备的g-C3N4/TiO2复合材料的紫外光漫反射图。如图3.4为固相法1：1.2（550℃）g-C3N4/TiO2复合材料的紫外光漫反射图。从图中可以看出，复合材料的吸收阈值为425nm，g-C3N4/TiO2复合材料的吸收带边出现红移，显示出明显的可见光响应特征。带隙值根据吸收波长阈值并利用Eg=1240/λg（Eg为半导体带隙宽度，λg为半导体吸收光极限波长）进行计算，为2.92ev。图3.6固相法1：1.2（550℃）g-C3N4/TiO2复合材料的紫外光漫反射图综合对比得出，在固相法1：1.2（525℃）和（550℃）g-C3N4/TiO2复合材料中，525℃的带隙宽度最大，所以固相法制得的同种比例的复合材料，当煅烧温度为550℃时，其光催化效果最好。在相同煅烧温度为525℃条件下，固相法比溶胶凝胶法的带隙宽度大，所以固相法制得的复合光催化材料的光催化效果最好。3.2.4荧光光谱分析图3.7是样品g-C3N4/TiO2复合材料的荧光光谱图，其中蓝色和粉色曲线是固相法525℃分别在266nm和284nm的激发光谱谱图，它们的最强峰位于350nm。图中红色和黑色曲线是固相法1:1.2,550℃分别在266nm和284nm的激发光谱谱图，它们的最强峰位于380nm。图3.7图3.8是样品g-C3N4/TiO2复合材料分别在284nm的激发光谱，其中最强峰分别位于265nm和285nm，而284nm处的激发峰最强，特别适用于紫外激发的LED。图3.84结论通过构筑g-C3N4/TiO2复合材料，并通过改变材料的合成比例和煅烧的温度，以及制备的不同的方法成功制备出光催化性能不同的g-C3N4/TiO2复合材料。由样品的XRD图谱可以看出，在构筑异质结过程中，并不会生成杂质，虽然产生了杂峰，但主峰的位置不会改变，并且这种杂峰是两种化合物的特征峰的结合，所以影响材料光催化性能的只有合成比例的改变。由紫外可见分光光度计的数据所绘制的曲线图可以看出，固相法煅烧温度为550℃，TiO2：尿素=1:1.2时材料光催化效果最佳。实验成功构筑了g-C3N4/TiO2复合材料，与单一的g-C3N4和TiO2材料相比，复合材料降低了带隙，增加了可见光响应范围，大大减少了电子-空穴复合率，使材料光催化性能大幅提升。

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