一种利用Mn

一种利用mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂促进电荷分离的方法
【技术领域】
1.本发明公开了一种利用mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂促进电荷分离的方法，该催化剂的光催化降解亚甲基蓝的效率远高于纯v2o5和纯g-c3n4。本发明属于光催化技术领域，为利用催化技术降解污染物提供了一种新型且简便的方法。


背景技术：

2.环境污染和能源短缺已成为当今世界面临的最主要危机，人们不断探究治理环境和开发可再生能源的新方法。于1972年，fujishima和honda报道采用tio2光电极和铂电极组成光电化学体系使水分解为氢气和氧气，从而开辟了半导体催化这一新的研究领域。近些年，将有机污染物降解为水和二氧化碳等已经成为能源环境科学领域的研究热点。该研究对于治理水污染，保护水环境具有重要的科学意义。
3.本发明公开一种利用mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂促进电荷分离的方法。该方法是利用研制的mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂在可见光照射下降解亚甲基蓝，其光催化效率远高于v2o5/g-c3n4复合催化剂。目前mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂降解亚甲基蓝的研究工作未见报道，该研究成果将为治理环境和开发新能源等领域开辟新的方向。


技术实现要素：

4.本发明公布了一种利用mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂促进电荷分离的方法，其发明内容包括以下方面：1.以mn(ch3coo)2和nh4vo3以及尿素为原材料，通过高温煅烧的方法制备了mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂。2.建立利用该催化剂在可见光作用下降解亚甲基蓝的实验方法和增强电荷分离效率的方法。3.利用mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂光催化降解亚甲基蓝的实验。结果表明：mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂在可见光条件下具有很高的光催化效率，其光催化效率远高于v2o5/g-c3n4复合催化剂；该方法工艺简单和实施条件要求低，易操作并且应用性强，光催化活性的评价方法准确可行。
5.本发明的具体方法如下：
6.1.mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂的制备
7.在室温下，向40ml去离子水和6g尿素的混合物中加入一定量的mn(ch3coo)2和1mmol的nh4vo3。搅拌半小时后，混合物在100℃的烘箱中干燥10小时。整个混合物转移到马弗炉中，以2.5℃/min的升温速率从室温煅烧到550℃，煅烧3小时后，粉末自然冷却到室温，所获得的样品即为mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂，标记为mxvc6，其中“x”代表锰离子与钒离子的摩尔比，“6”代表尿素的重量。为了比较，还通过相同的程序合成了一系列mn
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o8/v2o5样品和v2o5/g-c3n4样品(标记为vc6、vc12和vc18)。
8.2.mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂可见光作用下降解亚甲基蓝的实验方法和增强电荷分离效率的方法
9.纯v2o5样品的光催化活性很低，约32％的亚甲基蓝被降解。mn
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o8与v2o5复合后，mn50％-v2o5样品中约46.5％的亚甲基蓝被降解。这说明mn
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o8的组成可以有效地提高v2o5的光催化活性。对于纯g-c3n4，光照120min后，约61.3％的亚甲基蓝被降解。所制备的直接z型v2o5/g-c3n4异质结构光催化剂(vc6)具有更高的光催化活性。对于vc6样品，大约有70.5％的亚甲基蓝是光降解的。将mn
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o8引入直接z型v2o5/g-c3n4异质结构体系后，其光催化活性进一步提高。m2vc6、m4vc6和m6vc6样品的亚甲基蓝降解率分别为84.1％、89.0％和83.8％。在所有g-c3n4基样品中，m4vc6的光催化活性最高，表明通过改变mn
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o8的添加量可以进一步优化其光催化活性。在所有g-c3n4基样品中，纯g-c3n4样品表现出最强的荧光光谱，表明电荷载流子快速复合。v2o5的引入有效地降低了vc6样品的发光强度。这种光致发光强度的降低是由于在v2o5和g-c3n4之间形成了直接的z型异质结构。此外，发现m2vc6、m4vc6和m6vc6样品的发光强度随着mn
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o8含量的增加而进一步降低。表明在v2o5/g-c3n4基异质结中引入mn
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o8可以进一步改善直接z方案异质结载流子的分离和转移。
10.更进一步的技术方案是，所述的光催化降解物可以是甲基橙，对氯苯酚中的任何一种。
11.更进一步的技术方案是，所述的可见光条件可以为紫外光，红外光等。
12.为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所表示的范围。
【附图说明】
13.图1mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂光催化机理图
14.图2纯v2o5、纯g-c3n4和mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂的xps图(a)c 1s,(b)n 1s,(c)v 2p and(d)mn 2p。
15.图3纯v2o5、纯g-c3n4和mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂的可见光降解亚甲基蓝活性图；
16.图4纯v2o5、纯g-c3n4和mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂的紫外-可见吸收谱
17.图5纯v2o5、纯g-c3n4和mn
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o8改性v2o5/g-c3n4复合催化剂的荧光谱以下结合具体实施例和附图对本发明做进一步描述，并具体说明本发明的光催化效果。
【具体实施方式】
18.mn
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o8改性的v2o5/g-c3n4复合催化剂的制备：在室温下，向40ml去离子水和6g尿素的混合物中加入一定量的mn(ch3coo)2和1mmol的nh4vo3。搅拌半小时后，混合物在100℃的烘箱中干燥10小时。整个混合物转移到马弗炉中，以2.5℃/min的升温速率从室温煅烧到550℃。煅烧3小时后，粉末自然冷却到室温。所获得的样品标记为mxvc6，其中“x”代表锰离子与钒离子的摩尔比，“6”代表尿素的重量。为了比较，还通过相同的程序合成了一系列mn
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o5样品和v2o5/g-c3n4样品(vc6、vc12和vc18)。在不添加任何v和mn前驱体的情况下也合成了纯g-c3n4。
19.以下对附图做简要说明：
20.图1表明mn
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o8改性的v2o5/g-c3n4复合催化剂对亚甲基蓝光催化降解的增强光催化机理。虽然纯v2o5和g-c3n4可以被可见光激发，但在本研究中它们对亚甲基蓝的降解仍表
现出有限的光催化活性。由于v2o5导带电位位置较低，还原能力较差的光生电子只能产生少量的活性氧化物质。g-c3n4的光催化性能通常受其载流子复合率高的限制。v2o5与g-c3n4组成后，形成了v2o5/g-c3n4(vc6)的z型异质结构光催化剂。v2o5导带中的光生电子更倾向于与g-c3n
4 homo能级中的空穴重新结合。因此，g-c3n4在lumo能级中积累的电子可以与表面吸附的o2分子反应生成o
2-。这些o
2-物质还可以进一步与空穴反应生成
·
oh。o
2-和
·
oh都是有效的活性氧化物种，能够将有机污染物(亚甲基蓝)氧化为co2和h2o。此外，v2o5价带中的空穴也能将亚甲基蓝分子直接氧化成co2和h2o。此外，在v2o5/g-c3n
4 z结构异质结中引入mn
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o8后，mn
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o8与v2o5之间形成了传统的ii型异质结构。可见响应进一步扩展，产生更多的光产生载流子。光生电子会从mn
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o8的导带转移到v2o5的导带，并在g-c3n4的homo能级上与空穴重新结合。同时，v2o5价带中的空穴会向mn
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o8价带迁移，而不是与v2o5导带中的电子重新结合。因此，ii型mn
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o8/v2o5异质结构促进了v2o5/g-c3n4的z型光催化反应。
21.图2表明成功的制备出mn
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o8改性的v2o5/g-c3n4复合催化剂
22.图3采用可见光照射光降解亚甲基蓝的方法，对制备的v2o5、mn50％-v2o5、g-c3n4、vc6、m2vc6、m4vc6和m6vc6样品的光催化性能进行了评价。在空白实验中，如果不添加任何光催化剂，亚甲基蓝很难被降解或光解。纯v2o5样品的光催化活性很低，约32％的亚甲基蓝被降解。mn
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o8与v2o5复合后，mn50％-v2o5样品中约46.5％的亚甲基蓝被降解。这说明mn
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o8的组成可以有效地提高v2o5的光催化活性。对于纯g-c3n4，光照120min后，约61.3％的亚甲基蓝被降解。此外，与纯g-c3n4和v2o5相比，所制备的直接z型v2o5/g-c3n4异质结构光催化剂(vc6)具有更高的光催化活性。对于vc6样品，大约有70.5％的亚甲基蓝是光降解的。将mn
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o8引入直接z型v2o5/g-c3n4异质结构体系后，其光催化活性进一步提高。m2vc6、m4vc6和m6vc6样品的亚甲基蓝降解率分别为84.1％、89.0％和83.8％。在所有g-c3n4基样品中，m4vc6的光催化活性最高，表明通过改变mn
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o8的添加量可以进一步优化其光催化活性。
23.图4表明样品的吸收光谱。纯g-c3n4具有很强的吸收，其起始边位于450nm左右，计算出g-c3n4的相应带隙为2.40ev。纯v2o5也显示出从275nm到575nm的强烈紫外-可见光能力。v2o5的带隙估计为2.16ev。还可以发现，mn
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o8的带隙估计为1.60ev。将g-c3n4与v2o5复合后，vc6样品表现出从紫外到650nm的宽吸收。与纯g-c3n4相比，vc6的禁带宽度缩小到2.15ev。此外，在引入mn
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o8之后，mn
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o8/v2o5/g-c3n4异质结构(m2vc6、m4vc6和m6vc6样品)表示在500nm到800nm附近的进一步扩展吸收。随着mn
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o8浓度的增加，从500nm到800nm的可见光吸收逐渐增强。m2vc6、m4vc6和m6vc6样品的带隙分别为2.03ev、1.95ev和1.91ev。这表明mn
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o8的引入可以进一步将v2o5/g-c3n4异质结构的吸收范围从可见光扩展到近红外。
24.图5表明了在340nm波长下激发，并在400nm到650nm之间监测的g-c3n4和mn
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o8改性的v2o5/g-c3n4复合催化剂的光致发光光谱，以评估光生载流子的分离和转移行为。众所周知，光致发光光谱的强度通常表明光生载流子的复合受到抑制，这有利于增强光催化性能。所有g-c3n4样品都表现出两个发光峰，其中心分别位于440nm和460nm左右，前一个峰出现在440nm附近，可能是由于电子从lumo能级到g-c3n4的homo能级的复合。在约460nm处的后一峰值可归因于从缺陷能级(碳缺陷)到g-c3n4的同质能级的电子复合。在所有g-c3n4基样品中，纯g-c3n4样品表现出最强的荧光光谱，表明电荷载流子快速复合。v2o5的引入有效地
降低了vc6样品的发光强度。这种光致发光强度的降低是由于在v2o5和g-c3n4之间形成了直接的z型异质结构。此外，发现m2vc6、m4vc6和m6vc6样品的发光强度随着mn
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o8含量的增加而进一步降低。这表明在v2o5/g-c3n4基异质结中引入mn
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o8可以进一步改善直接z方案异质结载流子的分离和转移。
25.从以上实例可以看出，mn
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o8改性的v2o5/g-c3n4复合催化剂样品和纯v2o5、纯g-c3n4相比，其光催化降解活性以及电荷分离效率得到很大提高。