CeF3g-C3N4复合光催化材料的制备及其光催化性能

AbstractSemiconductorphotocatalysistechnologyisrecognizedasoneofthemostpromisingtechnologiestosolvethecurrentenergyandenvironmentalcrisisduetoitsabilitytoeffectivelyusesolarenergy.Mildreactionconditions,reducedsecondarypollution,andlowenergyconsumptionareallitsadvantages.Theresearchontraditionalphotocatalysistechnologymainlyfocusesonthecatalysisofultravioletlight,accountingforonly5%ofthespectralenergy.Developingtechnologyisthekeytosolvingtheproblemofsolarenergyutilization.Undertheirradiationoflight,iftheenergyofthebandgapofthesemiconductormaterialissmallerthantheenergyoftheincidentphoton,thevalencebandelectronsofthesemiconductormaterialwillbeexcitedtotheconductionband,therebygeneratingphoto-generatedelectron-holepairsonthesurface.Thesephoto-generatedelectronholesacceleratetherateofparticipatingintheredoxreaction,sothattheorganicdyepollutantsaredegraded.Inrecentyears,graphitecarbonitride(g-C3N4)asanewtypeofnon-metallicsemiconductorphotocatalyst,withitsgreennon-toxic,widevisiblelightabsorption,uniqueelectronicstructure,suitablebandgapenergyandhighchemicalstabilityIthasbecomeapopularobjectofresearchandapplicationinthefieldofphotocatalysis.Thespecificworkcontentisasfollows：Usingdicyandiamideasrawmaterial,hightemperaturecalcinationproducesg-C3N4,andthenhydrothermallyassemblesceriumfluoridenanoparticlesonthesurfaceoftwo-dimensionalultra-thingraphitecarbonnitridetoformCeF3/g-C3N4heterojunctionvisiblelightcatalyst,andThemethylbluewasusedasthesimulatedpollutanttoinvestigatethephotocatalyticactivityofthecomposite.Thetestresultsshowthatthecompositematerialhasstrongphotocatalyticactivityformethylblue,andthespecificsurfaceareaofthecompositematerialisgreatlyimprovedcomparedtog-C3N4.Increasingthenumberofactivesitesofthereaction,theseparationandtransferofphotogeneratedelectronsandholes,andtheefficiencyofphotocatalyticdegradationoforganicmattercanbeimproved.Keywords:graphitecarbonnitride,ceriumfluoride,visiblelightcatalysis目录TOC\o"1-3"\h\u第一章绪论 31.1引言 31.2半导体光催化概述 31.2.1半导体光催化原理 31.2.2光催化局限性 31.3石墨相氮化碳基光催化材料研究概况 41.3.1石墨相氮化碳概述 41.3.2石墨相氮化碳的结构 41.3.3石墨相氮化碳的制备 41.3.4石墨相氮化碳的改性研究 51.3.5石墨相氮化碳在催化领域应用 71.4本文的提出以及研究内容 7第二章CeF3/g-C3N4的制备表征及其光催化性能测试 82.1引言 82.2实验部分 92.2.1实验试剂与仪器 92.2.2材料的制备 92.2.3测试与表征 102.3结果与讨论 102.3.1材料表征XRD 102.3.2透射电镜（TEM） 122.3.3红外光谱 132.3.4化学阻抗分析 152.3.5漫反射光谱（DRS） 142.3.6光电流测试 162.3.7光催化测试 162.4小结 20第三章总结与展望 203.1总结 203.2展望 20参考文献 20致谢 20第一章绪论1.1引言人口爆炸性增长，使得煤炭、石油、天然气等化石能源变得紧缺，同时环境污染也日益严重，阻碍人类社会的可持续发展，这是威胁人类生存的两个主要问题。因此，开发清洁高效的可再生能源和绿色低消耗的污染治理技术十分重要。在过去的几十年中，人类开发了一系列可再生清洁能源(潮汐能、地热能、风能、生物能、太阳能等）。太阳能因为不受地理位置限制，储能大、开发利用便捷等优点而受到人们关注，地球每小时接受的太阳能约为4.3×1020J，是地球可用资源的10倍多，只需要一小部分的太阳能就可以解决目前的能源和环境问题。近年来，光催化可以把能量密度低的太阳能转化为高能量密度的化学能，反应绿色且高效，半导体光催化作为一种新技术，具有绿色廉价且经济的特点，现在已经广泛用于空气污染控制、水的光降解制氢、二氧化碳还原制备甲醇等方面。TiO2就是一种易于获得的传统半导体催化剂啊，它在紫外光下可以表现出高活性和稳定性，但它的缺点带隙宽和太阳能利用率低，因此为了提高对太阳能的利用率，科学家做了很多工作，例如掺杂金属和非金属元素，与半导体复合，提高光催化活性。石墨碳氮化物（g-C3N4）作为一种新型的非金属半导体光催化剂，以其绿色无毒、可见光吸收较宽、特有的电子结构、合适的带隙能量和较高的化学稳定性，广泛地应用于光催化降解，化学传感器等方面，特别是在光解水制氢领域发挥重大作用。本章将在g-C3N4能源和环境的领域，从材料的制备和应用角度加以推广。1.2半导体光催化概述1.2.1半导体光催化原理光催化技术是半导体吸收太阳能后，在适宜条件下发生氧化还原反应，对有机物进行降解。在解决能源问题和环境污染问题两方面有很好的发展前景，它开发高效，无毒，廉价的可见光催化材料已成为人类研究的主要课题之一。半导体的电导率一般在104~106cm-1之间。半导体具有与金属不同的能带结构，而且它的能带结构是不连续的。它由价带（VB）和导带（CB）组成，导带和价带之间隔有禁带，吸收光之后，电子跃迁在导带和价带移动，禁带的大小称之为禁带带隙（Eg），一般半导体带隙在1~4eV。1.2.2光催化局限性半导体表面上的材料要产生光催化反应，是由半导体的能带位置和氧化还原电势决定的，空穴会氧化电位高于半导体电位的材料。传统的光催化剂例如TiO2、ZnO、BiPO4、Ta2O5等，具有较大的禁带带隙。它们仅在紫外线区域发生反应，太阳能消耗低。但是，某些窄带半导体，例如CdS、CdSe、GaAs，固有稳定性低，并且由于光催化作用而不能在溶液中再循环。单体g-C3N4虽然对环境影响小，但是对可见光的利用率低，空穴和载流子复合率高。基于上述讨论，具有良好可见光敏性和稳定性的新型半导体光催化剂是当前的研究方向。1.3石墨相氮化碳基光催化材料研究概况1.3.1石墨相氮化碳概述氮化碳是一种很早被发现的聚合物衍生物，具有密度低、绿色无毒、化学性质稳定等优点。科学家通过第一性原理计算氮化碳结构，得出氮化碳（C3N4）具有五个结构：α相，β相，立方相，准立方和类石墨相。前四种是超硬材料，有良好化学性和热稳定性。g-C3N4在室温和大气压下是最稳定的，这是另一种形式的氮化物，g-C3N4是其中唯一的软相，无毒原料价格便宜。同时，g-C3N4由于对过热材料的制备有很高的要求，因此前景广阔。1.3.2石墨相氮化碳的结构石墨相氮化碳具有类似石墨的片层结构。C和N原子均是sp2杂化形式，片层由基本单元构成，形成共轭电子结构。随着氮化碳层中相邻三个电极之间距离的减小，氮原子上电子之间的排斥力增大。三嗪环和七嗪环被认为是g-C3N4的基本单元（结构如图AB所示）。氮原子所处电子环境不同，使用密度泛函数理论来计算两个结构的能量发现，七嗪结构的g-C3N4的能量比三嗪结构低，这表明具有七嗪结构的g-C3N4更稳定。（A）三嗪结构（B）七嗪结构1.3.3石墨相氮化碳的制备g-C3N4具有良好的可见光响应和化学稳定性，特有的电子结构和特殊的光学性质。以其绿色无毒、可见光吸收较宽，俨然成为光催化领域研究和应用的热门对象。一般来说，热聚合，固相反应，溶剂热法和电化学沉积是主要的办法。热聚合法是制备g-C3N4最常用的一种。通过热聚合生成的g-C3N4主要包括两种：是富含C元素的g-C3N4，主要是通过四氯化碳（CCl4）和乙二胺的低温聚合，然后是高温缩聚。在这种类型的氮化碳中，C和N元素的摩尔比（C/N）在1-5的范围内，结晶性差。通常，只有一个衍射峰，属于（002）平面；另一种富含N元素的g-C3N4，C和N的摩尔比在0.6和1之间。这种类型的氮化碳的结晶度比第一种更好。最近，据报道，通过在各种溶剂的诱导下使三聚氰胺与三聚氰酸共聚，可以得到具有多孔结构或不同形态的g-C3N4。用于生产氮化碳的最佳温度是550-600℃。太高的温度将破坏氮化碳的结构，并且由于g-C3N4的合成，热聚合是非常复杂的过程，其在合成的氮化碳中产生不同程度的缩聚，这可能导致合成的氮化碳中有碳和氮产物的许多分子结构。1.3.4石墨相氮化碳的改性研究g-C3N4的常见改性方法有四种如下介绍：1.3.4.1形貌和尺寸调控光催化剂材料本身的形态和粒径是决定光催化剂材料的物理和化学性质的关键因素之一，这就是为什么研究人员将大量精力投入光催化剂材料的形态的原因。形貌的调控可以增大半导体比表面积，以此提高光催化活性。尽管作为新型光催化剂的g-C3N4具有合适的带隙，耐高温，化学稳定性等优点，但是由于其比表面积仅为8m2g-1，因此其在光催化领域的应用受到了很大限制。有报相比于块体g-C3N4等人以氰胺为前驱体，以12nm二氧化硅小球为硬模板，制备了比表面积为239m2g-1介孔石墨相氮化碳。中国科学院Niu等通过简单的热氧化蚀刻法在空气中锻烧g-C3N4，制备出比表面积高达306m2g-1片状结构的g-C3N4纳米片，与块体g-C3N4相比，在紫外光和可见光下光解水的效率分别是体相g-C3N4的5.4倍和3倍，超薄纳米片层展现出大的比表面积、改善的电子转移能力和更长载流子寿命的协同效应增强的光吸收和光响应性，具有良好的生物相容性和无毒性，可用于生物成像，将来可能会应用于生物标志和生物医学领域。1.3.4.2掺杂金属离子和非金属离子在g-C3N4中掺杂金属或非金属元素，捕获电子降低电子和空穴的复合，提高光催化性能。在无机半导体光催化剂的改性中经常使用金属元素或离子掺杂，而很少使用有机聚合物半导体g-C3N4的改性。金属元素的掺杂机理在于产生施主能级和受主能级，吸收光子能量后，激发电子在能带和导带移动，使得带隙变小，影响吸光范围。金属元素或离子的掺杂将增加g-C3N4结构中的缺陷浓度，使晶格类型发生变化，从而提高g-C3N4的结晶性，抑制光生电子和空穴的复合，并显着提高g-C3N4的光催化活性。另一方面，Fe2+到Fe3+可以通过芬顿反应促进过氧化氢转化为羟基自由基。K的掺杂抑制g-C3N4中晶体生长，达到调控能带结构的目的。在g-C3N4中分别掺杂Ag，Co，Ni，Fe，Cu，比较他们的光催化活性。结果表明，Ag和Fe对g-C3N4的光催化活性提高有明显效果，而其他并无明显影响。相较于掺杂金属元素，掺杂非金属元素的机理与它不同，它是通过价带杂化，使禁带宽度变小，影响光催化。掺杂B，F，S，O，P这几种非金属元素是较为常见的，N是最合适的掺杂离子，掺杂后催化活性得到改变。成辉明研究小组在H2S气氛中以450℃处理g-C3N4，原始的g-C3N4在300nm的光照下不能降解苯酚，而S掺杂的g-C3N4在相同条件下150min就可以完全降解相同量的苯酚。纯的g-C3N4的光降解效率比g-C3N4复合材料的光降解效率低很多。Li等人用双氧水和g-C3N4，通过溶剂热法制备了掺杂O的g-C3N4的复合材料。O元素的掺杂改变了g-c3n4的比表面积，提高吸收可见光的能力和光催化性能。以上讲的是掺杂单个非金属元素，还可以掺杂两个非金属元素到g-C3N4中。B,F的共掺杂不仅提高g-C3N4对可见光的吸收能力，而且使g-C3N4的化学性质更稳定。1.3.4.3贵金属沉积在光催化剂的表面上负载贵金属，是提高半导体光催化活性的一种常见方法，负载之后，体系的电子分布位置会改变。金属和半导体光催化剂的费米能级不同，电子会从半导体向金属扩散。两者接触面会形成电荷层，负电荷会转移到金属上面，促进电荷转移，提高光生电子传输效率，提高光催化活性。Di等使用光学沉积方法，将Ru，Rh，Pd，Pt等贵金属沉积在g-C3N4的表面。经过水的光降解生产氨的实验之后，发现这些金属与g-C3N4之间的价键连接形成的结构，可以促进电荷转移，提高g-C3N4的光催化活性。结果表明，金的沉积可以提高g-C3N4的光催化活性，而且光学沉积制得样品的光催化活性是其中最优质的。实验表明，如果贵金属沉积量太小，则光催化剂的光催化活性不能达到最大值。如果沉积太大，则会阻碍光催化效率的提高，这就是我们为什么会在应用过程中继续进行研究的原因。因此，在实践中，有必要检查并选择适当的贵金属作为各种污染物的沉积物。1.3.4.4半导体复合选择与g-C3N4能带匹配的的半导体复合，形成异质结结构，比单体具有更高的光催化活性，对太阳光的响应阂值高，光生电子空穴对的复合率低等优点，对光生载流子的分离和迁移有利。Zhou等在球磨机中混合并研磨一定量的g-C3N4和Ti02粉末，以制备g-C3N4/Ti02异质结光催化剂，HRTEM显示出Ti02的晶格条纹，被g-C3N4的单层薄片包围，形成了核壳结构的异质结光催化剂。Sun等锻烧三聚氰胺和醋酸锌混合物，制备了g-C3N4/Zn0异质结光催化剂，与g-C3N4相比，催化剂在可见光下下降解甲基橙和对硝基苯酚的活性分别增加了3倍和6倍。Ge等采用硫化福量子点和石墨相氮化碳为前驱体，通过化学浸渍法制备出CdSQDs/g-C3N4，从TEM中可以看出，硫化福量子点负载到氮化碳纳米片上，HRTEM显示出清晰的硫化福晶格条纹，与周围石墨相氮化碳纳米片形成紧密接触的表面。光催化制氢实验表明，负载30wt%的硫化福量子点的石墨相氮化碳显示出良好的制氢效果，约为纯相石墨相氮化碳制氢效率的9倍，结果表面，添加硫化福量子点可以提高光生电子空穴的分离能力，提高光催化效率。1.3.5石墨相氮化碳在催化领域应用1.3.5.1光分解水制氢在可见光下分解水产生氢，将太阳能转化为氢能，是把太阳能转化为清洁能源的理想办法。福州大学Wang等发现在可见光的照射下，介孔石墨相氮化碳制氢效率是石墨相的8倍，同时稳定性很好，但是所用的氰酸对环境污染比较严重，因此有必要考虑简便且无污染的制备策略。1.3.5.2降解有机燃料光催化可以有效降解有机物，而成为目前催化领域研究的热点，它可以除去空气中的一氧化氮和部分重金属。Yan等用三聚氰胺在500℃到600℃高温锻烧制备g-C3N4，实验发现520°C制备的g-C3N4表现出最佳的可见光降解甲基橙的能力，具有较好的光催化活性。1.3.5.3催化有机反应石墨相氮化碳作为催化剂，在氧气存在下，可见光催化氧化苯甲醇生成苯甲醛的反应具有良好的催化作用，反应选择性超过了99％。在温和条件下，选择性的有机合成，它与光催化还原CO2一样研究较少，仍在进一步探索中。1.4本文的提出以及研究内容随着环境的污染严重和能源问题加剧，我国可持续发展受到了阻碍，寻求清洁高效的能源是解决这两个问题的关键。太阳能因其丰富的储量，广泛的覆盖范围，易于开发且无需保存而被科学家视为最有潜力的绿色能源。自从1972年首次报道光催化技术以来，经过几十年研究和发展，它变得原来越完善。尽管光催化提高了人们对太阳能的利用，但是太阳能的利用总体上仍然处于较低水平，这是不能在大规模工业应用中使用光催化的症结所在。合适的光催化剂不仅需要高催化活性，而且具有稳定性高，环境友好，成本低的特点。可见光响应，原料蕴藏丰富，制备方法简单，环境无污染和高稳定性的优点使g-C3N4成为目前工业应用中热门的光催化产品。光催化技术在解决能源问题和环境污染问题两方面有很好的发展前景，它开发高效，无毒，廉价的可见光催化材料已成为人类研究的主要课题之一。g-C3N4的光催化活性受到对可见光响应范围窄（仅使用波长<460nm的太阳光），载流子迁移率低和光生电子空穴对的复合率高的缺点的抑制。提高其光催化活性是g-C3N4在工业上使用的唯一途径。总结关于g-C3N4修饰的报道，我们可以看到，关于g-C3N4修饰的研究主要是非内在修饰。尽管没有内在的修饰可以有效地改善g-C3N4光催化剂的催化性能，但是由于必须添加其他物质（例如半导体，贵金属和有机染料），催化剂的制备成本和环境污染还是要考虑周全。增加。这对g-C3N4的工业应用不利。因为g-C3N4具有稳定的化学结构，所以一般的修饰方法不能有效地影响其电子分布并提高其固有的光催化活性。因此，与非固有修改相比，固有修改更难实现，并且报告很少。内在修饰不仅可以增强g-C3N4的光催化活性，而且可以控制光催化反应的成本并减少对环境的影响。本文通过热聚合制备石墨相氮化碳，然后通过液相合成制备氟化铈/二维石墨相氮化碳复合材料。通过X射线衍射分析材料的组成，通过FTIR测量样品表面上的官能团，通过SEM和TEM观察材料的形态，并使用UV漫反射进行分析。通过染料测试在所用材料的光催化区域中制备的复合材料的光催化性能，用于揭示其光催化机理。第二章CeF3/g-C3N4的制备表征及其光催化性能测试2.1引言与传统的污染处理方法相比，光催化剂技术具有环保，无污染，效率高，消耗低，过程控制简单等优点。生产具有较好光催化活性的光催化剂是治理污染物降解的关键。通常，典型的可见光催化剂稳定性差，易于被光腐蚀，并引起水的二次污染。石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种新型的非金属半导体光催化剂，具有良好的可见光响应和化学稳定性，已引起了国内外专家和学者的关注。它便宜且容易获得。例如，它可以由三聚氰胺，尿素，氰胺和双氰胺等前体制备，但是由于其量子适应性低，重组速度高以及光生电子空穴的比表面积低，因此其在光催化领域的应用受到限制。为了解决这些问题，研究人员可以通过改变其形态，掺杂金属或非金属离子以及与其他半导体复合来有效提高石墨相氮化碳的光催化活性。氟化铈（CeF3）是一种新型功能材料，具有良好的离子导电性和光学性能，掺杂的氟化铈晶体还可作为激光晶体，用于制作化学传感器和光学器件，有较好的抗辐照性能，Huang等报道了CeF3半导体具有良好的光催化活性和降解亚甲基蓝的稳定性。与此同时，氟化铈(CeF3)也是一种良好的耐高温润滑剂。因此，将氟化铈纳米颗粒与二维石墨相碳氮化物（g-C3N4）结合形成高活性光催化剂，并将石墨相碳氮化物复合光催化剂应用于碳纳米管中，并进一步研究发展石墨相氮化碳复合光催化材料，在环境污染物控制方面可见光光催化的应用。主要研究内容如下：（1）用二氰二胺等为原料，采用热聚合法制备二维超薄石墨相氮化碳，再用水热在二维超薄石墨项氮化碳表面组装氟化铈纳米颗粒。研究了金属盐，沉淀剂，表面活性剂，反应时间，反应温度等合成条件的影响。（2）用X-射线衍射分析材料的成分，傅里叶红外光谱仪来测试样品表面所含官能团，用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察材料的形貌，用UV漫反射分析材料的光响应范围；用电化学表征材料的电子传输特性，揭示材料的物理特性和化学特性。（3）测试所制备材料降解亚甲蓝染料，优化氧化铈和石墨相氮化碳的配比，获得高效光催化材料。2.2实验部分2.2.1实验试剂与仪器实验试剂名称级别生产厂家二氰二胺分析纯国药集团化学试剂有限公司硝酸铈分析纯上海展云化工有限公司氟化铵分析纯上海凌峰化学试剂有限公司亚甲基蓝分析纯国药集团化学试剂有限公司实验仪器名称生产厂家马弗炉分析天平超声波清洗机苏州迈弘电器有限公司磁力加热搅拌器常州博远实验分析仪器厂循环水式多用真空泵河南省予华仪器有限公司LD-4台式离心机常州天瑞仪器有限公司高亮度氙灯光源系统北京畅拓科技有限公司真空干燥箱上海恒科学仪器有限公司电热恒温鼓风干燥箱上海森信实验仪器有限公司2.2.2材料的制备2.2.2.1g-C3N4的制备取10g二氰二胺，加入具盖坩埚中，以5℃每分钟的升温速率，在马弗炉中从室温加热到450℃，500℃，550℃，并在550℃下保持120min，研磨制备出淡黄色粉末。称取1g制备好的样品放入烧杯，加入70ml的去离子水，超声剥离30min，再称取不同比例（10%~50%）的CeNO3和NH4F（两者比例1：5）加入其中搅拌20min，再放入水热反应釜中，160℃水热反应4h，将反应产物进行抽滤并用过离子水充分洗涤，80℃烘干。如图2.1为工艺制备流程图图2.1工艺制备流程图光催化降解实验称取0.05g的样品，加入50ml亚甲基蓝溶液中，避光搅拌20min，取样，打开反应光源，每隔20min取3ml反应溶液6000转离心5分钟，取其上清液，100min截止。用紫外可见分光光度计测定溶液吸光度，计算降解率，降解率公式：E=(1-A/A0)*100%A、A0分别为光催化降解前后亚甲基蓝的吸光度值。2.2.3测试与表征用X-射线衍射分析材料的成分，傅里叶红外光谱仪来测试样品表面所含官能团，用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察材料的形貌，用UV漫反射分析材料的光响应范围；用电化学表征材料的电子传输特性，揭示材料的物理特性和化学特性。2.3结果与讨论2.3.1材料表征XRD图2.1不同温度煅烧制备的样品XRD谱图图2.2不同质量比的CeF3/g-C3N4复合材料XRD谱图每个晶体都有自己特有的衍射谱图，图2.1是在三个温度下用XRD对制备的样品结构进行表征。在550℃下，它有两个明显的特征衍射峰，分别在2θ为13.1°和27.4°，产物具有类似石墨的片层结构，与文献报道的g-C3N4符合，说明制备出来的是催化剂是g-C3N4，在2θ为13.1°和27.4°分别为g-C3N4（100）和（002）晶面，而在450℃下，峰比较杂乱。利用XRD技术对不同质量比例的CeF3/g-C3N4结构进行表征，如图2.2所示。波峰位于24.4°、25.0°、27.8°、35.1°、44.0°、45.1°、50.0°、50.9°、52.8°，与文献报道的CeF3一致，说明制备出了CeF3。它的衍射峰是由CeF3和g-C3N4叠加而成，表明复合材料中同时存在CeF3和g-C3N4。2.3.2透射电镜（TEM）图2.3制备样品的TEM图图2.440%CeF3/g-C3N4的TEM图为了进一步了解复合材料的结构，对其进行了透射电镜表征。结果如图2.3，可以看出样品有类似石墨的片层结构，所以制备的样品是g-C3N4。图2.4所示，可以看出g-C3N4表面覆盖大量CeF3的纳米粒子，g-C3N4晶体边缘包覆着CeF3层，两者在界面处形成异质结结构。异质结结构可以有效降低复合材料中光生电子和空穴的复合，提高光生载流子寿命，从而提高光催化反应活性。2.3.3红外光谱图2.5氮化碳和复合氮化碳的红外光谱图图2.5比较了氮化碳和氮化碳复合材料的傅里叶红外光谱。对于g-C3N4样品的红外谱图，在1627cm-1的吸收峰对应的是C-N伸缩振动，依次位于1535，1395，1309和1210cm-1对应的是碳氮六元杂环的典型的伸缩振动。806cm-1的吸收峰对应C-N环面外伸展振动。CeF3/g-C3N4复合材料同时存在CeF3和g-C3N4的特征吸收峰。2.3.5漫反射光谱（DRS）图2.7CeF3、g-C3N4和复合材料的紫外光漫反射图图2.7为CeF3、g-C3N4和CeF3/g-C3N4复合材料的紫外光漫反射图。由图2.7可知，CeF3的吸收带边大约为330nm，CeF3/g-C3N4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，吸收带边约为420nm。g-C3N4的吸收边出现在460nm。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，分别为3.75eV，2.95eV，2.70eV，CeF3是不能响应可见光的。2.3.4化学阻抗分析图2.6可见光下氮化碳和复合材料的阻抗谱图化学阻抗分析是研究材料表面过程的有效方法，通过研究电化学阻抗可以阐明反应体系发生机制。反应体系条件变化通过外电路电流表现出来，电流变化反映了光生电子和空穴的分离和复合。图2.6为氮化碳和复合材料的化学阻抗谱。研究发现，与单体氮化碳相比，复合材料的曲线半径减小，说明CeF3/g-C3N4复合材料的的接触电阻和传输电阻在减小。结果表明，复合材料的量子效率更高，也就是电子和空穴分离效率更高。因此，g-C3N4作为电子接受体和输出体可见明显降低光生载流子的复合效率，从而提高复合材料的光催化降解性能。2.3.6光电流测试图2.8g-C3N4和CeF3/g-C3N4复合材料的光电流图图2.8为g-C3N4和CeF3/g-C3N4复合材料的光电流响应图，光电流测试在光电化学工作站上进行，测试时将制备的样品粘结在FTO导电玻璃表面作为工作电极。由图可知，二者在光源开启时均可以迅速产生光电流，说明光照时样品中存在光生载流子。其中CeF3/g-C3N4复合材料的光电流强度要强于g-C3N4。结果说明CeF3/g-C3N4复合材料具有较低的光生电子空穴复合率，同时证实了在g-C3N4材料中中引入CeF3，能有效提高光生电子和空穴的分离效率，从而提高材料的光催化活性，该结果和光催化降解污染物的实验数据一致。2.3.7光催化测试CeF3%Abs光照时间（min）无光2040608010001.1960.8860.7460.4940.3530.24410%1.3221.0120.7310.4870.3420.18620%1.3100.9830.6810.4600.3030.20030%1.3060.9310.6540.4320.2290.19240%1.2190.6380.3390.1400.1280.10350%1.3811.0270.7530.5500.3600.234表2.1不同质量比的CeF3/g-C3N4复合材料随时间的吸光度变化图2.9不同质量比的CeF3/g-C3N4复合材料的吸光度本章选择亚甲基蓝作为一种模拟污染物考察CeF3和g-C3N4的复合材料在可见光的催化活性，亚甲基蓝自身的光降解很微弱，基本可以忽略。不同质量比的CeF3/g-