降解水中污染物的含氧空位In(OH)3/gC3N4光催化劑的研制及其性能

趙志偉 劉杰 范峻雨 鄭懷禮

Preparation and performance of In（OH）3/gC3N4 catalyst containing oxygen vacancies for photodegradation of pollutants in water

Zhao Zhiwei1， Liu Jie2， Fan Junyu2， Zheng Huaili1

（1.College of Environment and Ecology， Chongqing University， Chongqing 400045， P. R. China;2.Department of Military Facilities， Army Logistics University， Chongqing 401311， P. R. China）

石墨烯碳化氮（gC3N4）是一種有合適禁帶寬度、易合成且化學(xué)穩(wěn)定性良好的非金屬光催化材料。筆者利用低溫水熱法將In（OH）3納米粒子生長(zhǎng)到gC3N4納米片上，并在In（OH）3表面同步刻蝕出氧空位，從而制備了含氧空位的In（OH）3/gC3N4復(fù)合催化劑，并結(jié)合相關(guān)表征結(jié)果，對(duì)復(fù)合催化劑光降解水中污染物的特性進(jìn)行了考察。

采用熱縮聚法制備gC3N4：10 g尿素放入帶蓋坩堝中，以5 ℃/min升溫速率加熱至550 ℃后保溫2 h，冷卻后取出備用。復(fù)合催化劑的合成步驟如圖1所示。首先，將一定重量的InCl3和0.6 g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解于100 mL去離子水中，隨后將0.5 g制備好的gC3N4納米片超聲分散到其中，并用氨水將懸濁液pH值調(diào)至8.5，后加入2 mL的40%濃度乙二醛溶液。將上述懸濁液于333 K劇烈攪拌4 h后，將其離心分離，取底部固體用水和乙醇交替洗滌3次，在333 K下真空干燥即得所需產(chǎn)物。

通過(guò)改變制備過(guò)程中InCl3的加入量可以得到In（OH）3含量不同的催化劑，而不加入乙二醛則不會(huì)引入氧空位。共制備了4種不同In（OH）3含量的催化劑，根據(jù)In元素質(zhì)量占復(fù)合催化劑總質(zhì)量的百分比，將不含In、In含量1%、3%、5%的制備樣品分別編號(hào)為OVIn/CN0、OVIn/CN1、OVIn/CN3以及OVIn/CN5。此外，還制備了In含量3%，但不含氧空位的樣品，編號(hào)為In/CN3。

所制復(fù)合催化劑（以O(shè)VIn/CN3為例）物理化學(xué)表征結(jié)果見(jiàn)圖2。圖2（a）是透射電鏡（TEM）圖像，gC3N4薄片上存在In（OH）3粒子，并且由于PVP的加入，其分散情況良好。In（OH）3的存在同樣可被XRD圖譜（圖2（b））證實(shí)。所有樣品都包含了明顯的gC3N4（JCPDS 871526）的{002}衍射峰，并且隨著In含量增加，復(fù)合物在35.5°處開(kāi)始出現(xiàn)一個(gè)可辨的新衍射峰，這是In（OH）3晶體（JCPDS 761464）的{013}晶面所致[1]。……