2024年4月18日发(作者：中关村在线手机报价全)

硫源对S-g-C3N4基异质结光催化性能影

响的研究

摘要：采用热聚合法制备了不同硫源合成的硫掺杂石墨相氮化碳(S-g-C

3

N

4

)，

优化样品与碳化MoS

2

复合，探讨了不同复合比例的碳化MoS

2

(MoS

2

/Mo

2

C)/S-g-

C

3

N

4

性质和罗丹明B降解性能。结果表明，当复合比例为2.5%时，MoS

2

/Mo

2

C/S-

g-C

3

N

4

表现出最佳可见光催化活性，降解效率为78.1%，远高于单相S-g-C

3

N

4

。

关键词：光催化；g-C

3

N

4

；元素掺杂；异质结；可见光

1.引言

近年来，为提高g-C

3

N

4

的光催化活性，研究者们提出了元素掺杂、构建异质

结、形貌调控等多种改性的方法

[1]

。例如，S元素掺杂可进其平面结构，形成C-

S键，扩大了层间距，明显抑制了氮化碳晶粒的生长，有助于二维CN纳米片的形

成

[2]

。另外，MoS

2

具有独特的晶体结构、优越的光电性能等优点，可通过减少其

原子层堆叠层数和扩大层间距等方式来提供更多的活性位点

[3]

。本实验通过选择

最佳的硫源，再对MoS

2

/Mo

2

C)/S-g-C

3

N

4

进行优化。所得样品进行了一系列表征以

及可见光降解罗丹明B的光催化活性测试。

2.实验

2.1主要实验试剂与仪器

硫脲、三聚氰胺、三聚硫氰酸、硫粉、罗丹明B、双氰胺均为分析纯试剂。

XRD-6100型X射线衍射分析仪、Omni-LF325光致发光光谱仪、Lambda 750

紫外-可见漫反射仪、Spectrum Two红外光谱分析仪、Sigma型扫描电子显微镜。

2.2光催化剂的制备与性能测试

首先，将硫脲、三聚硫氰酸、硫粉分别与三聚氰胺进行研磨，煅烧。冷却至

室温后，得到S-g-C

3

N

4

，分别命名为S-g-C

3

N

4

（硫脲+三聚氰胺）、S-g-C

3

N

4

（三

聚硫氰酸+三聚氰胺）和S-g-C

3

N

4

（硫+三聚氰胺）。作为比较，在相同条件下制

备出g-C

3

N

4

。然后，称取特定量(NH

4

)

6

Mo

7

O

24

·4H

2

O和CH

4

N

2

S加入去离子水中，

200℃水热反应24h。产物经水和乙醇充分洗涤，60℃烘干。其次，通过化学气相

法450℃煅烧2h后升温至950℃部分碳化2h制备出黑色MoS

2

/Mo

2

C。接着，配置

不同比例的MoS

2

/Mo

2

C与S-g-C

3

N

4

混合悬浮液，经搅拌超声于90℃加热蒸发。最

终样品研磨后在N

2

中300℃处理2h，得到不同比例的MoS

2

/Mo

2

C/S-g-C

3

N

4

的样品。

最后，称取50mg光催化剂分别加入50ml的10mg/L的RhB溶液，在达到物理吸

附平衡后，每隔一段时间后取出3~4mL溶液，取清液于紫外-可见光分光光度计

测试。

3.实验结果与讨论

3.1S-g-C

3

N

4

的优化

图1（a）表明三种不同S源制备的S-g-C

3

N

4

分别对应g-C

3

N

4

的（100）和

（002）晶面

[4]

，表明S元素的掺杂并没有改变g-C

3

N

4

原有晶体结构。通常光生

载流子的复合率越高，其PL峰值越高。图1(b)可知S的掺入降低了材料中的光

生载流子的复合，说明 S 的掺入改变了g-C

3

N

4

本身的共轭结构，加快了光生载

流子的分离，S粉诱导的g-C

3

N

4

光生载流子复合率最低。因此，后续实验将以S

粉为硫源的S-g-C

3

N

4

作为原料做进一步合成与测试。

图1不同硫源S-g-C

3

N

4

及g-C

3

N

4

的XRD谱图(a)与PL谱图(b)

2.2复合光催化剂性能测定

由图2(a)可知样品在13.7°和27.4°出现了g-C

3

N

4

的特征峰

[4]

，同时14°

和39.4°也显示出MoS

2

和MoSC的特征峰值与文献报道相一致

[5]

。图2(b)显示

S-g-C

3

N

4

和MoS

2

/Mo

2

C/S-g-C

3

N

4

的FT-IR谱图吸收峰基本一致。在810 cm

-1

处的

吸收峰是由g-C

3

N

4

中的三嗪环结构的伸缩振动引起，1200cm

-1

~1800cm

-1

的多个吸

收峰对应于三嗪环外的C=N，C=C和C-N的伸缩振动，2900cm

-1

~3700cm

-1

的吸收

峰是由于NH

2

官能团和表面吸附的水分子的伸缩振动。图2(c)中MoS

2/

Mo

2

C/S-g-

C

3

N

4

-2.5%的PL峰值最低，可归结于MoS

2/

Mo

2

C与S-g-C

3

N

4

复合形成异质结，抑制

了光生载流子的复合。由图2(d)可知，MoS

2

/Mo

2

C复合后的光催化剂拓宽了对可

见光的响应范围。由图3(a)可以看出单相S-g-C

3

N

4

为层状、多孔结构。图3(b-e)

表明，MoS

2

/Mo

2

C/ S-g-C

3

N

4

是堆叠的层片状结构。由图3(f)可知，MoS

2

/Mo

2

C/S-

g-C

3

N

4

-2.5%具有最佳RhB降解性能，降解率为7.1%，是S-g-C

3

N

4

的3.1倍。

图2复合物的XRD谱图(a), FTIR谱图(b)，PL谱图(c)和DRS谱图

(d)。

图3S-g-C

3

N

4

(a)和MoS

2

/Mo

2

C/S-g-C

3

N

4

–X%（X=1.0，1.5，2.0，2.5）(b-e)

的SEM谱图，以及各样品的RhB光催化降解效率曲线(f)。

3结论

复合比例为2.5%时MoS

2

/Mo

2

C/S-g-C

3

N

4

降解效率最佳，为78.1%。S元素的

掺入以及MoS

2

/Mo

2

C的复合，改变了g-C

3

N

4

的能带结构，能更加有效地抑制光生

载流子的复合，进而提高光催化活性。

参考文献

[1] Wang W，Xu D，Cheng B,et al. Hybrid carbon @ TiO

2

hollow

spheres with enhanced photocatalytic CO

2

reduction activity

［J］．Journal of Materials Chemistry A，2017，5( 10) : 5020-2029．

[2] 时晓羽,李会鹏,赵华,张杰.硫掺杂高比表面积g-C

3

N

4

的制备及其光催化

性能的研究[J].现代化工,2020,40(04):167-172.

[3]杨欢. 二硫化钼及其复合材料的制备与性能研究[D].合肥工业大学,2020.

[4]张聪,王灿,赵欣,潘爽.Z-scheme V

2

O

5

-Ag

2

O/g-C

3

N

4

异质结制备及其可见光

催化性能[J].中国环境科学,2021,41(01):185-191.

[5]Shao M, Shao Y, Ding S, et al. Carbonized MoS

2

: Super-active co-

catalyst for highly efficient water splitting on CdS[J]. ACS

Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, 7(4): 4220-4229.

作者简介：文珂(1998)，女，汉族，河南信阳，本科，江西科技师范大学，

光催化应用研究，330038