超声喷雾热解法同步氮/钨共掺杂铌酸钾钠/g-C3N4复合材料的合成、表征及光催化性能研究

本文创新性地采用超声喷雾热解法（USP），以甘氨酸为氮源，首次实现W6+/N3–共掺杂铌酸钾钠（K0.5Na0.5NbO3）与石墨相氮化碳（g-C3N4）的复合构建。该材料带隙从3.2 eV降至1.5 eV，可见光响应显著增强，对偶氮染料（Basic Blue 41）的降解效率提升12倍，为太阳能驱动光催化（photocatalytic）和光伏器件开发提供了新策略。

　　

Highlight

本研究首次通过超声喷雾热解法（Ultrasonic-Spray Pyrolysis, USP）实现W⁶⁺和N^3–同步共掺杂，将石墨相氮化碳（g-C₃N₄）整合至K_0.5Na_0.5NbO₃（KNN）晶格中。甘氨酸作为氮源，不仅调控球形致密颗粒的形貌，还促进氮/钨在KNN中的自组装及g-C₃N₄的原位形成。

Morphological analysis

扫描电镜（SEM）显示，含5%甘氨酸的共掺杂KNN样品呈球形颗粒（图1a–1c），表面粗糙且存在裂纹（图1d–1f）。透射电镜（TEM）证实甘氨酸诱导形成了类氧化石墨烯的碳层结构，其孔隙源于初级粒子间的间隙，为光催化反应提供了活性位点。

Conclusions

超声喷雾热解技术成功制备了氮/钨共掺杂KNN球形颗粒。材料单斜相结构经证实，甘氨酸热解产生的碳层使带隙显著降低至1.5 eV，Urbach能量计算验证了其可见光捕获能力。该材料对Basic Blue 41的降解效率达直接光解的12倍，为太阳能驱动环境修复提供了高效催化剂。