學(xué)以致用，教以致遠(yuǎn)
——基于TiO2/g-C3N4光催化降解水中有機(jī)染料的綜合實(shí)驗(yàn)

陸虹艷，楊濤，韓博，徐情，曾曉飛，朱喬虹

杭州師范大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，杭州 311121

近年來，隨著城市化的推進(jìn)，各類污染物的排放和滲入[1]，地下水中的有毒有害物質(zhì)增加，導(dǎo)致地下水資源的水質(zhì)出現(xiàn)污染現(xiàn)象，對(duì)人類健康甚至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)危害極大。因此，解決水污染問題迫在眉睫。目前，材料學(xué)家廣泛認(rèn)可的新型功能材料處理水中污染物的方法有兩種：多孔材料吸附法和光催化法。其中光催化法[2]是通過太陽光照射半導(dǎo)體光催化劑，光催化材料受光激發(fā)后產(chǎn)生光生電子和空穴，進(jìn)而生成一些活性自由基(包括羥基自由基、超氧自由基和單線態(tài)氧等)，實(shí)現(xiàn)把水中的有機(jī)污染物或重金屬以氧化還原的方法轉(zhuǎn)化為無毒或低毒害性物質(zhì)。充分利用清潔的太陽能來實(shí)現(xiàn)水中污染物的降解，不僅綠色無污染，而且材料種類眾多。

光催化法已廣泛用于降解有機(jī)污染物領(lǐng)域，研究者們通過克服各種材料各自的缺點(diǎn)，從而達(dá)到最好的光催化效果[3]。例如，TiO2是被研究與應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體光催化劑之一，利用TiO2作為光催化劑進(jìn)行污水處理，可以克服傳統(tǒng)處理方法效率低、適用范圍窄、能效高等問題，能將有機(jī)物徹底降解為CO2和H2O等無機(jī)小分子[4]，但TiO2僅能在紫外光范圍內(nèi)響應(yīng)，存在能量利用率低的問題。基于此，具有可見光吸收能力的石墨相氮化碳(g-C3N4)的出現(xiàn)，較為有效地改善了這一問題，同時(shí)將兩者復(fù)合的研究報(bào)道也應(yīng)運(yùn)而生[5]。劉威等[4]制備的TiO2/g-C3N4異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)的降解率可達(dá)90.3%，與純g-C3N4相比，其光催化性有顯著提高，同時(shí)循環(huán)測(cè)試表明該異質(zhì)結(jié)光催化材料具有穩(wěn)定的光催化穩(wěn)定性。這一系列研究都表明基于g-C3N4和TiO2構(gòu)建的復(fù)合納米材料在光催化應(yīng)用中具有一定的潛在發(fā)展可能性，因此也可被考慮用于綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中。

從教育部高等學(xué)?；瘜W(xué)類教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制定并發(fā)布的《化學(xué)類專業(yè)本科教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》[6]中可知，目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求已從“知識(shí)導(dǎo)向型”和“技能導(dǎo)向型”向“能力導(dǎo)向型”和“素質(zhì)導(dǎo)向型”轉(zhuǎn)變[7]，這要求化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要向綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性轉(zhuǎn)變，使學(xué)生在掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論的基礎(chǔ)上，能通過資料搜集、實(shí)驗(yàn)探究等手段，提出相關(guān)的解決方法，從而提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作探究、創(chuàng)新發(fā)展的能力。此外，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中選擇性地介紹材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，引入基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的新進(jìn)展，將“化學(xué)知識(shí)-實(shí)驗(yàn)操作-實(shí)際應(yīng)用”結(jié)合起來，形成一個(gè)具有較強(qiáng)綜合性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，培養(yǎng)具有環(huán)保意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展理念的創(chuàng)新型人才。

基于以上研究，結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)和新時(shí)代化學(xué)教育的導(dǎo)向和方針，我們?cè)O(shè)計(jì)了“TiO2/g-C3N4光催化促進(jìn)水中有機(jī)污染物以羅丹明B (RhB)和甲基橙(MO)為例的綜合實(shí)驗(yàn)”。該實(shí)驗(yàn)包括以焙燒法實(shí)現(xiàn)TiO2/g-C3N4復(fù)合催化劑的制備、復(fù)合催化劑的表征以及其對(duì)RhB和MO的降解性能測(cè)試等多個(gè)模塊，通過巧妙設(shè)計(jì)流程，有利于增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)綜合性。根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，在開展實(shí)驗(yàn)之前，鼓勵(lì)學(xué)生查閱文獻(xiàn)，了解光催化降解水中污染物的原理，而教師則從水中污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康具有潛在的危害[8]出發(fā)，設(shè)置處理污水中有機(jī)污染物的情景，讓學(xué)生在真實(shí)情境中嘗試做到發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維和環(huán)保意識(shí)。本實(shí)驗(yàn)涉及無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、環(huán)境科學(xué)，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的交叉融合，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的編排上，我們將諸如材料科學(xué)、綠色化學(xué)以及無機(jī)合成等基礎(chǔ)內(nèi)容與TiO2/g-C3N4光催化污染物降解等化學(xué)當(dāng)前熱點(diǎn)應(yīng)用結(jié)合，實(shí)現(xiàn)科技前沿、實(shí)際應(yīng)用與基礎(chǔ)教學(xué)深度融合，拉近學(xué)生與科研的距離，更真切體驗(yàn)化學(xué)學(xué)科的魅力，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維，將理論運(yùn)用于實(shí)際，讓學(xué)生真正體會(huì)化學(xué)是服務(wù)于生活。本實(shí)驗(yàn)也可通過不同編排，滿足各種教學(xué)模式的需要，更加貼合學(xué)生的實(shí)際與發(fā)展，其總體實(shí)施方案見圖1。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

(1) 知識(shí)方面：學(xué)習(xí)半導(dǎo)體材料光催化降解的原理；了解紫外分光光度計(jì)、X射線衍射儀、X射線光電子能譜儀等儀器的工作原理；知道暗吸附在光催化降解實(shí)驗(yàn)中的作用；了解當(dāng)下的水污染現(xiàn)狀。

(2) 能力方面：培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)收集和整合能力；掌握馬弗爐高溫煅燒制備無機(jī)納米材料的方法；學(xué)會(huì)使用基本的材料表征手段，如XRD、XPS、BET、UV-Vis；掌握Origin軟件的使用，學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)處理與分析。

(3) 素養(yǎng)方面：通過模擬治理水中有機(jī)污染物的真實(shí)情境，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)將綠色化學(xué)的知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際生活中，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化強(qiáng)國建設(shè)樹立遠(yuǎn)大目標(biāo)。

2 實(shí)驗(yàn)原理

半導(dǎo)體是一種介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，其最高占據(jù)軌道相互作用形成價(jià)帶(VB)，最低未占據(jù)軌道相互作用而形成導(dǎo)帶(CB)，價(jià)帶頂與導(dǎo)帶底之間存在一個(gè)沒有電子的禁帶，它們之間的能量差被稱為禁帶寬度或帶隙(Eg)[9]。

當(dāng)足夠能量的光照射在半導(dǎo)體材料時(shí)，價(jià)帶處產(chǎn)生光生電子和空穴對(duì)(e-/h+)，電子和空穴發(fā)生分離和遷移，進(jìn)而與水中溶解氧和水分子(或氫氧根陰離子)反應(yīng)，生成過氧化物和羥基自由基等自由基，這些自由基和電子空穴對(duì)可以攻擊介質(zhì)中存在的有機(jī)污染物，將其分解成更小的片段，并最終被礦化為水和二氧化碳。

當(dāng)受光照射時(shí)，具有合適帶隙的g-C3N4和TiO2都會(huì)產(chǎn)生光生電子和空穴，其光生電子易從g-C3N4的導(dǎo)帶迅速轉(zhuǎn)移到TiO2的導(dǎo)帶上，TiO2價(jià)帶上的空穴則轉(zhuǎn)移到g-C3N4的價(jià)帶上。復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)中光生載流子的這種遷移作用，可以有效地抑制光生電子與空穴的復(fù)合，提高載流子的分離效率。此外，TiO2導(dǎo)帶上較多的電子以及g-C3N4價(jià)帶上更多的空穴，使異質(zhì)結(jié)表面的活性位點(diǎn)大大增加，能夠加速體系中活性基團(tuán)的產(chǎn)生，位于TiO2導(dǎo)帶上的電子可以與溶液中的O2發(fā)生反應(yīng)生成O2-?，而g-C3N4價(jià)帶上的空穴可以與?OH-或H2O反應(yīng)生成氧化性更強(qiáng)的?OH，羥基自由基和超氧自由基可以與污染物發(fā)生氧化反應(yīng)，使之降解為無機(jī)小分子、CO2和H2O等物質(zhì)[6]，如圖2所示。

圖2 TiO2/g-C3N4復(fù)合催化劑可見光降解羅丹明B機(jī)理示意圖

3 試劑與儀器

3.1 試劑

本實(shí)驗(yàn)所需主要試劑如表1所示。

表1 所需主要實(shí)驗(yàn)試劑

3.2 儀器

本實(shí)驗(yàn)所用主要儀器如表2所示。

表2 所用主要實(shí)驗(yàn)儀器

4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

4.1 g-C3N4催化劑的合成

用分析天平稱取1.8750 g三聚氰胺和3.1250 g氯化銨于研缽中研磨均勻，隨后倒入瓷方舟中密封放入馬弗爐中，以5 °C·min-1的升溫速率加熱到550 °C保溫4 h，然后冷卻至室溫，取出研磨得到g-C3N4粉末。

4.2 TiO2/g-C3N4復(fù)合催化劑的合成

將TiO2與g-C3N4按質(zhì)量比分別為2 : 1在研缽中研磨均勻混合，轉(zhuǎn)移至離心管，加入少量水，超聲分散并攪拌20 min，隨后離心得沉淀，放入60 °C恒溫箱中烘干。烘干后，研磨樣品并將其轉(zhuǎn)移至瓷方舟中，放入馬弗爐中煅燒，以5 °C·min-1的升溫速率加熱到200 °C保溫1 h，然后冷卻至室溫得TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑，制備流程如圖3所示。

圖3 TiO2/g-C3N4復(fù)合催化劑的制備流程

4.3 羅丹明B (RhB)、甲基橙(MO)水溶液的配制

取10 mg羅丹明B、甲基橙于螺口玻璃瓶中，用移液槍定量移取10 mL超純水加入到螺口玻璃瓶中，配成1 g·L-1的母液，隨后用移液槍移取1 mL RhB、MO母液于干燥的光催化管中，加入99 mL超純水，并通過超聲將RhB分散均勻，將其配制成10 mg·L-1的溶液，待光催化性能測(cè)試時(shí)使用。

4.4 TiO2/g-C3N4復(fù)合催化劑的結(jié)構(gòu)表征

利用X射線衍射儀(XRD)對(duì)樣品的物相結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；樣品的形貌結(jié)構(gòu)和元素組成通過透射電鏡進(jìn)行觀察；X射線光電子能譜通過Thermo ESCALAB 250 XI型儀器進(jìn)行測(cè)試；樣品的比表面積和孔徑分布通過自動(dòng)物理吸附儀測(cè)得；樣品的光吸收性能由紫外-可見分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)試。

4.5 TiO2/g-C3N4復(fù)合催化劑光催化性能測(cè)試

以RhB、MO染料溶液為目標(biāo)降解對(duì)象，加入光催化劑后，用300 W氙燈模擬太陽光照射，在光催化管中進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)。向裝有10 mg·L-1染料溶液的光催化管中分別加入50 mg g-C3N4、TiO2、TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑粉末，在超聲機(jī)中進(jìn)行超聲分散，使催化劑粉末分散均勻，用滴管取4 mL樣品，離心得上清液。隨后在光催化管中加入磁子避光攪拌15 min，進(jìn)行暗吸附，使體系達(dá)到吸脫附平衡。

暗吸附結(jié)束后，用滴管取4 mL樣品，離心得上清液，隨后用300 W氙燈作為光源照射光催化管，并用滴管在15、30、45、60 min取4 mL樣品，快速離心得上清液。最后用紫外-可見分光光度計(jì)在染料溶液的最大吸收波長(zhǎng)(554 nm、463 nm)處測(cè)上述5組清液的吸光度，計(jì)算得染料溶液的濃度變化以及降解率。溶液降解率 = [(C0-Ct)/C0] × 100% = [(A0-At)/A0] × 100%，C0為初始的染料溶液濃度(mg·L-1)，Ct為光照一定時(shí)間后的染料濃度(mg·L-1)；A0為初始的染料的吸光度，At為光照一定時(shí)間后染料的吸光度。

5 結(jié)果與討論

5.1 催化劑的結(jié)構(gòu)表征

5.1.1 物相分析

圖4所示為樣品TiO2/g-C3N4復(fù)合催化材料的XRD譜圖，由g-C3N4可知，其在13.4°、27.5°處出現(xiàn)衍射峰，而樣品TiO2/g-C3N4復(fù)合催化劑中缺少了g-C3N4在13.4°處的衍射峰，分析可知，該復(fù)合材料中g(shù)-C3N4摻雜成功，但結(jié)晶度較低。此外，與圖中銳鈦礦相TiO2標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片(JCPDS：21-1272)對(duì)比可知，該復(fù)合光催化劑含有TiO2的所有特征峰，進(jìn)一步證實(shí)復(fù)合催化材料的成功制備。

圖4 g-C3N4、TiO2和TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑的XRD圖

5.1.2 形貌分析

樣品TiO2/g-C3N4復(fù)合催化材料的形貌結(jié)構(gòu)如圖5所示?？梢钥吹骄哂屑{米顆粒狀的TiO2較為均勻地負(fù)載在納米片形態(tài)的g-C3N4上，說明TiO2/g-C3N4復(fù)合材料被成功制備。此外，從圖中可知，TiO2顆粒與g-C3N4之間接觸較為緊密，其界面有利于光生電子與空穴在二者之間迅速轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步提高材料的光催化性能。

圖5 TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑的TEM圖

5.1.3 XPS分析

圖6為TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑的XPS圖譜。從圖中可看出，TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑含有C、O、N、Ti四種元素。由圖6(a)可知，復(fù)合光催化劑在284.28、287.78 eV處有兩個(gè)峰，分別對(duì)應(yīng)C―C鍵和C―O鍵[10]；由圖6(c)可知，該催化劑在398.24、399.68、400.88 eV處有三個(gè)峰，分別對(duì)應(yīng)C―N＝C鍵、N―(C)3鍵和N―H鍵[11]；圖6(d)是該催化劑的Ti 2p的圖譜，從圖中可知，在458.08、463.68 eV處有兩個(gè)峰，分別對(duì)應(yīng)為Ti4+中Ti 2p3/2和Ti 2p1/2軌道的分裂峰[11]。

圖6 TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑的C 1s (a)、O 1s (b)、N 1s (c)、Ti 2p (d)的XPS譜圖

5.1.4 比表面積和孔徑分析

TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑的N2吸附-脫附等溫線和孔徑分布如圖7所示。由圖7(a)可知，該催化劑的N2吸脫附等溫線屬于IUPAC[12]分類中的第IV類等溫線，說明該樣品中存在介孔結(jié)構(gòu)，且測(cè)試所得該樣品的比表面積為48.5 m2·g-1。由圖7(b)可知，該催化劑孔徑分布在3-32 nm左右，測(cè)試所得其孔容為0.255 m3·g-1。綜上所述，可知制備所得的催化劑有較大的比表面積、孔徑范圍和孔容，有利于催化劑對(duì)染料的吸附。

圖7 TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑的N2吸附-脫附等溫線(a)和孔徑分布圖(b)

5.1.5 紫外-可見吸收光譜分析

圖8為g-C3N4和TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑的紫外-可見光漫反射吸收光譜，由圖可知，g-C3N4的吸收波長(zhǎng)的最大值為460 nm，而TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑吸收波長(zhǎng)的最大值大于g-C3N4，存在紅移現(xiàn)象，證實(shí)該復(fù)合光催化劑擴(kuò)大了光響應(yīng)范圍。

圖8 g-C3N4和TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑的紫外-可見光漫反射吸收光譜

5.2 催化劑的光催化降解性能

本實(shí)驗(yàn)分別對(duì)RhB和MO兩種染料進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)，研究TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑對(duì)兩種不同染料的降解性能。圖9為TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑催化降解RhB的紫外-可見吸收光譜圖。實(shí)驗(yàn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)降解時(shí)間為0 min時(shí)，在528.57 nm出現(xiàn)了RhB的最大吸收峰，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，該吸收峰不斷下降，說明TiO2/g-C3N4復(fù)合催化劑對(duì)RhB能夠起到降解效果，將其降解為CO2、H2O，且具有良好的降解性能，在45 min時(shí)實(shí)現(xiàn)完全降解。

圖9 TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑催化可見光降解RhB降解過程的紫外可見吸收光譜圖

圖10(a)為空白g-C3N4和TiO2以及TiO2/g-C3N4復(fù)合光降解RhB的情況。從圖中可以看出，暗吸附15 min對(duì)降解過程幾乎沒有影響，此外，復(fù)合催化劑在45 min時(shí)便能將RhB完全降解，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)異的光催化性能。圖10(b)為不同催化劑催化降解RhB的一級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合曲線，由圖可知，該催化劑降解RhB的過程為一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)。通過計(jì)算可知降解RhB的反應(yīng)速率常數(shù)及相關(guān)系數(shù)(表3)，由表可知，TiO2/g-C3N4復(fù)合催化劑、空白g-C3N4、TiO2的速率常數(shù)分別為0.07568、0.01273、0.00808 min-1，可見，TiO2/g-C3N4復(fù)合催化劑的催化速率為空白g-C3N4、TiO2的5.95、9.37倍，故可知，比起空白g-C3N4、TiO2，復(fù)合光催化劑具有更好的降解性能。

表3 光催化降解RhB的一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程表觀反應(yīng)速率常數(shù)

圖10 不同催化劑催化可見光降解RhB性能比較(a)以及一級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合曲線(b)

為進(jìn)一步探究該復(fù)合光催化劑對(duì)其他污染物是否有良好的降解效果，我們選用了MO為降解物。圖11(a)展示了空白g-C3N4和TiO2以及TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑對(duì)MO的降解情況，又由圖11(b)得知，TiO2/g-C3N4復(fù)合催化劑、g-C3N4、TiO2的速率常數(shù)分別為0.01817、0.01579、0.00222 min-1。綜上所述，該復(fù)合光催化劑對(duì)MO也有良好的催化降解性能。

圖11 不同催化劑催化可見光降解MO性能比較(a)以及一級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合曲線(b)

6 思考題

(1) 簡(jiǎn)述TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑在可見光作用下驅(qū)動(dòng)有機(jī)物降解的機(jī)理。

(2) 在RhB降解步驟中，為何要對(duì)RhB進(jìn)行暗吸附實(shí)驗(yàn)？

(3) TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑的降解效果與哪些因素有關(guān)？

(4) 如何判斷是否成功合成了TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑？

(5) 如何比較制備出的復(fù)合光催化劑的降解效果？

7 注意事項(xiàng)

(1) 使用馬弗爐時(shí)先開電源、再加熱、最后調(diào)溫，且馬弗爐在高溫階段不能打開爐門。

(2) TiO2和g-C3N4混合時(shí)需研磨均勻，使之混合均勻。

(3) 進(jìn)行催化降解時(shí)要進(jìn)行暗吸附，使催化劑和降解物達(dá)到吸附平衡。

(4) 光催化劑在染料溶液中需均勻分散，且每次取樣時(shí)需取相同體積的混合液。

8 教學(xué)組織建議

(1) 本實(shí)驗(yàn)以治理污水中有機(jī)染料廢物的真實(shí)情境為依托，以半導(dǎo)體材料分解有機(jī)污染物原理和XRD、TEM、XPS、BET、UV-Vis等催化劑結(jié)構(gòu)形貌表征原理為基礎(chǔ)，以“復(fù)合光催化劑降解有機(jī)染料”為載體，融合無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等多學(xué)科理論知識(shí)，具有較強(qiáng)的綜合性，且實(shí)驗(yàn)原料易得、操作簡(jiǎn)單、表征難度適中，將其選為本科實(shí)驗(yàn)，既能鍛煉本科生實(shí)驗(yàn)操作技能，又能提高本科生的科研素養(yǎng)。

(2) 建議將本實(shí)驗(yàn)設(shè)置為化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)等專業(yè)的大三年級(jí)的必修綜合性實(shí)驗(yàn)，每組2-3人，建議催化劑制備實(shí)驗(yàn)2課時(shí)、降解性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)4課時(shí)，儀器測(cè)試6課時(shí)，共計(jì)12課時(shí)。因本實(shí)驗(yàn)催化劑制備實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，而催化性能測(cè)試時(shí)間久，建議在實(shí)際教學(xué)過程中每組各選擇一種污染物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。此外，考慮到本實(shí)驗(yàn)涉及到的儀器較多，操作較為繁瑣，在進(jìn)行表征方式的選擇上可視學(xué)校實(shí)際情況而定。

(3) 在進(jìn)行儀器測(cè)試前，需對(duì)學(xué)生進(jìn)行儀器原理的學(xué)習(xí)和儀器操作的培訓(xùn)，如我院有X射線衍射測(cè)試、透射電鏡測(cè)試等虛擬仿真軟件，在實(shí)驗(yàn)開始之前，組織學(xué)生進(jìn)行線上虛擬仿真軟件操作，充分利用數(shù)字化教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)“線上+線下”融合教學(xué)。

(4) 考慮到透射電鏡、X射線衍射儀、X射線光電子儀等儀器較為昂貴且操作復(fù)雜，建議實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生主要以制樣、送樣和數(shù)據(jù)分析為主，觀摩學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教師的儀器操作；而在降解性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，以學(xué)生為主體，進(jìn)行紫外分光光度儀的操作和數(shù)據(jù)分析。

(5) 建議有一定科研基礎(chǔ)的學(xué)生，在教師的指導(dǎo)下，課外查閱資料，從制備g-C3N4的原料，復(fù)合光催化劑的配比、煅燒時(shí)間、改性，水中污染物的種類、濃度等角度出發(fā)進(jìn)行深入研究，提出問題、制定新的實(shí)驗(yàn)方案，在制備表征性能測(cè)試的基礎(chǔ)上，尋找制備具有良好降解性能催化劑的方案，以便應(yīng)用于實(shí)際水中污染物的處理。

9 結(jié)語

習(xí)近平總書記在二十大報(bào)告中指出，要推進(jìn)綠色發(fā)展、促進(jìn)人與自然和諧共生，深入推進(jìn)環(huán)境污染防治，持續(xù)深入打好藍(lán)天碧水凈土保衛(wèi)戰(zhàn)，基本消除城市黑臭水體、建設(shè)美麗中國。在能源短缺的今日，研究利用清潔能源太陽能進(jìn)行光催化降解水中污染物的技術(shù)勢(shì)在必行。故我們結(jié)合化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)等專業(yè)的相關(guān)知識(shí)設(shè)置本實(shí)驗(yàn)，將習(xí)近平生態(tài)文明思想與綠色化學(xué)的觀念潛移默化地傳遞給當(dāng)代青年大學(xué)生。本實(shí)驗(yàn)在治理水中有機(jī)污染物的教學(xué)情境下，綜合大三年級(jí)學(xué)生的所學(xué)知識(shí)，更好地激發(fā)了高年級(jí)學(xué)生的研究熱情，將所學(xué)理論知識(shí)及時(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，同時(shí)強(qiáng)化“保護(hù)環(huán)境、綠色發(fā)展”的意識(shí)，加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)。此外，本實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中，以立德樹人為主線，融入綠色發(fā)展觀，在提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)綜合素養(yǎng)的同時(shí)提高其思想道德水平。

綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才的重要途徑，根據(jù)《化學(xué)類專業(yè)本科教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》[6]，本綜合實(shí)驗(yàn)不僅是知識(shí)的綜合，也是能力的綜合，學(xué)生在學(xué)習(xí)無機(jī)材料光催化降解水中污染物原理以及各類儀器表征原理的同時(shí)，提高了實(shí)驗(yàn)操作，數(shù)據(jù)收集、處理等方面的能力，是從“基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)”到“研究性實(shí)驗(yàn)”的必經(jīng)環(huán)節(jié)，為高年級(jí)學(xué)生后續(xù)步入科研生涯打下基礎(chǔ)。