摘要
半导体光催化技术，是一种以半导体材料为催化剂，利用太阳光能催化降解有机污染物、光解水制备H2和催化还原CO2制备CH4等清洁能源的新兴技术，在治理环境污染和解决能源短缺这两大问题上具有非常广阔的发展前景，受到人们的广泛关注。半导体光催化材料的性能高低，受材料的光吸收能力、光生载流子分离效率、传递效率、光生载流子氧化还原能力等多种因素影响。根据文献报道，掺杂过渡金属离子引入缺陷、构建Z型异质结是提升半导体材料光催化性能的有效方案。本文以SnO2和g-C3N4为主要研究对象，通过向SnO2中掺杂Zn2+或Sn2+金属离子调控M2+-SnO2-x的能带结构，与g-C3N4复合实现Z型异质结M2+-SnO2-x/g-C3N4光催化剂的可控构筑，具体研究内容如下： Zn2+-SnO2-x/g-C3N4Z型异质结：成功制备了Zn2+-SnO2-x半导体材料，EDS面分析显示Zn元素均匀分布于SnO2半导体上，其中锡和锌掺杂比例为1:0.05的Zn2+-SnO2-x半导体材料光催化性能最好，90min对罗丹明B染料降解率是纯SnO2的4倍；在Zn2+-SnO2-x/g-C3N4复合样品中，SEM分析发现Zn2+-SnO2-x-0.05在g-C3N4表面均匀附着，质量分数为50%的样品光催化性能最佳，对罗丹明B的降解率提升至83%，是Zn2+-SnO2-x-0.05与g-C3N4的2倍和1.6倍；Mott-Schottky曲线分析显示，Zn2+-SnO2-x/g-C3N4载流子传输机制为Z型传输，成功制备了Zn2+-SnO2-x/g-C3N4Z型异质结光催化剂。 Sn2+-SnO2-x/g-C3N4Z型异质结：通过控制水热反应时间成功制备了Sn2+-SnO2-x半导体纳米材料，光催化降解罗丹明B实验结果显示，Sn2+的掺杂降低了SnO2的禁带宽度，且反应时间为4h的Sn2+-SnO2-x半导体材料光催化性能最好，90min对罗丹明B染料的降解率是纯SnO2的5倍；Sn2+-SnO2-x/g-C3N4复合纳米材料分析显示，Sn2+-SnO2-x在g-C3N4表面均匀附着。其中g-C3N4添加量为50mg的样品光催化性能最好，对罗丹明B的降解率相比g-C3N4提升近1.2倍；Mott-Schottky曲线，分析显示所制得的Sn2+-SnO2-x/g-C3N4为Z型异质结光催化材料。
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