DOI:10.1007/s10854-020-04890-7
半導體光催化技術是利用太陽能控制環境污染的途徑之一。二氧化鈦由于其良好的化學穩定性、低毒性和較高的光催化氧化還原能力而成為目前研究和應用最為廣泛的半導體光催化材料之一。但是也存在一些問題，諸如僅在紫外線范圍內響應，光降解過程中由光產生的電子對的快速復合以及比表面積小。鑒于二氧化鈦光催化劑的局限性以及提高新材料性能的關鍵因素和突破性進展，本研究采用g-C3N4來提高二氧化鈦的光催化性能。與其他載體相比，g-C3N4具有良好的導電性、較強的吸附能力和較大的比表面積，是最有前途的載體之一。在這項研究工作中，通過將TiO2納米線與g-C3N4相結合，制備了g-C3N4/TiO2異質納米復合材料。首先，需要改變二氧化鈦的形態。研究者使用高壓靜電紡絲技術來實現這一目標。該方法大大增加了比表面積并增加了光催化活性所涉及的活性位點。然后，以三聚氰胺為原料通過高溫煅燒制備了g-C3N4。水熱法與g-C3N4良好特性的協同作用增強了光生電子的偏轉，延長了光生電子-空穴對的壽命。該納米復合材料的光催化效率大大提高，可在120分鐘內將羅丹明B溶液完全降解。
圖1.高壓靜電紡絲工藝示意圖
圖2.純TiO2、純g-C3N4以及3、5和7wt％g-C3N4/TiO2納米結構的XRD圖譜（◆標記表示銳鈦礦TiO2，·標記顯示金紅石TiO2）
圖3.純TiO2（a），5wt％g-C3N4/TiO2（b），g-C3N4（c）的SEM圖
圖4.a，b）分別為5wt％g-C3N4/TiO2的TEM圖像和EDX。c）為5wt％C3N4-TiO2的SAED圖譜
圖5.a）純TiO2、純g-C3N4以及3、5和7wt％g-C3N4/TiO2納米結構的UV-Vis吸收光譜，b）（αhm）1/2與能量（hm）的關系圖
圖6.純TiO2和5wt％g-C3N4/TiO2的XPS光譜：寬掃描光譜（a）以及N1s（b），Ti2p（c）和O1s（d）的高分辨率光譜
圖7.a）可見光照射下羅丹明B在不同催化劑上的光降解性能（“無”表示在可見光照射下無光催化劑的光反應）；b）不同催化劑的ln（C0/Ct）與反應時間t的動力學擬合曲線
圖8.g-C3N4/TiO2納米復合材料的光催化機理圖
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