通过可调谐的3D打印技术构建g-C3N4/cPDA结构以实现可扩展的光催化染料降解性能

《ACS Applied Polymer Materials》：Scalable Photocatalytic Dye Degradation Performance by Tunable 3D-Printing of g-C3N4/cPDA Architectures

　　

摘要

熔融丝材制造3D打印技术为制备具有可调控几何结构和成分的可回收光催化结构提供了便捷途径。在此，我们通过将无金属半导体催化剂转化为3D打印电极，解决了传统粉末基光催化剂的回收率和重复使用率较低的问题。我们用碳化多巴胺对石墨碳氮化物进行功能化处理，从而得到一种改进型的光催化剂，其光物理性能更佳，电荷分离更加高效，光激发态的寿命更长，这些都有助于提升光催化活性。将优化后的材料掺入可挤出型的PLA基复合丝材中，进而打印出含有g-C₃N₄或g-C₃N₄/cPDA的电极。与未经改性的打印电极相比，这种打印出的g-C₃N₄/cPDA电极在模拟阳光条件下的罗丹明B降解效果更好。与悬浮粉末相比，这类电极便于取出，运行稳定性更高，且无需后续分离步骤即可重复使用。此外，我们还发现通过增加表面积可以提高电极的性能，这表明几何结构是提升性能的简单方法。这项研究展示了利用廉价材料通过低能耗工艺制备光催化3D打印电极的潜力，为废水处理提供了一种可规模化且可持续的解决方案。