伴隨現(xiàn)代工業(yè)的進(jìn)步,能源緊缺、環(huán)境污染是限制人來進(jìn)步的最大阻礙。大量化石燃料的使用造成了一系列的環(huán)境問題,如全球變暖、極端天氣等。化石燃料是一種短時(shí)間內(nèi)不可再生的能源,工業(yè)上化石燃料巨大的需求量促使人們尋找可替代能源。太陽能是一種清潔可再生的理想能源,能夠較好應(yīng)對(duì)能源問題。在眾多太陽能轉(zhuǎn)化技術(shù)中,光催化技術(shù)因能夠同時(shí)應(yīng)對(duì)環(huán)境問題和能源危機(jī)兩大問題,受到較為廣泛的關(guān)注。光催化劑作為光能轉(zhuǎn)化的載體,其性能直接影響太陽能轉(zhuǎn)化效率,因此開發(fā)環(huán)境友好,能量轉(zhuǎn)化效率高的光催化劑尤為重要。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）一般能夠通過熱解富氮有機(jī)物獲得。g-C₃N₄最早被應(yīng)用于光催化產(chǎn)氫領(lǐng)域,雖然具有較為合適的禁帶寬度,但是材料本身載流子復(fù)合效率較高,限制了g-C₃N₄的應(yīng)用。目前改性g-C₃N₄的策略有以下幾種:結(jié)構(gòu)優(yōu)化、構(gòu)筑半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)、元素?fù)诫s、與光敏性染料復(fù)合等。本課題采用構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)的方式改性g-C₃N... 

【文章來源】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)上海市

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

石墨相氮化碳的七嗪環(huán)結(jié)構(gòu)（a）和三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)（b）

第6頁碩士學(xué)位論文最終會(huì)在光催化效率上表現(xiàn)出差異。針對(duì)這一現(xiàn)象，有學(xué)者利用實(shí)驗(yàn)的方式加以了證明。例如，Liu所制備的g-C3N4材料被碳量子改性，從而具備光催化分解水產(chǎn)氫的性能[24]。圖1.2基于“Melon”結(jié)構(gòu)的石墨相氮化碳電子結(jié)構(gòu)圖[8]Fig.1.2Electronicstructurediagramofgraphitephasecarbonnitridebasedon"melon"structure[8]1.3石墨相氮化碳材料的應(yīng)用1.3.1環(huán)境催化大氣污染和水環(huán)境污染等環(huán)境污染日益嚴(yán)重，光催化技術(shù)在處理以上環(huán)境污染問題上有較大的使用潛能。光催化技術(shù)不但可以去除空氣內(nèi)的有機(jī)小分子、NOx等有害氣體，還可以礦化水體內(nèi)的重金屬離子、有機(jī)污染物，進(jìn)而治理、應(yīng)對(duì)環(huán)境污染問題。所以，石墨相氮化碳作為一種優(yōu)異光催化劑被廣泛用在環(huán)境催化領(lǐng)域。在空氣凈化方面，石墨相氮化碳基光催化材料可以處理NO、CO2、有機(jī)蒸汽等污染氣體。例如，Dong與Ou等學(xué)者以尿素為原料熱聚合制得了多孔g-C3N4材料，在可見光下可氧化一氧化氮?dú)怏w，同時(shí)發(fā)現(xiàn)600℃下得到的樣品的催化性能最佳[25]；Sano課題組把普通g-C3N4粉末在堿性環(huán)境下予以水熱，溫度控制在90到150攝氏度之間，令其比表面積提高到65m2/g，此催化劑在380到480nm光照條件下光催化效率能夠提升9.6倍，其催化機(jī)理具體可以參考圖1.3[26]；Jiang等研究者制得了α-三氧化二鉍/石墨相氮化碳/β-三氧化二鉍復(fù)合物，在可見光的作用下成功將丙醇氧化成丙酮[27]；Liu等制備獲得了氮化碳納米陣列結(jié)構(gòu)，能夠?qū)O2還原成甲醇，在緩解溫室效應(yīng)和能源危機(jī)方面具有較好的應(yīng)用前景[28]；Shi和Wang為了提升g-C3N4對(duì)二氧化碳的還原能力，將g-C3N4納米片自組裝在含鋯有機(jī)框架上，通過對(duì)該材料的表征，其催化效果得到了有效提高[29]；

碩士學(xué)位論文第7頁He制備獲得氧化鋅/石墨相氮化碳復(fù)合光催化劑在可見光的作用下把二氧化碳催化還原為一氧化碳、甲醇與甲烷等燃料產(chǎn)物[30]。圖1.3石墨相氮化碳催化氧化NO氣體機(jī)理[26]Fig.1.3MechanismofcatalyticoxidationofNObygraphitephasecarbonnitride[26]在污水處理方面，石墨相氮化碳材料被應(yīng)用于高效催化降解水中的有機(jī)染料污染物，如羅丹明B、甲基橙、苯胺、苯酚等。光生空穴具有強(qiáng)氧化性，電子具有還原性可以將水和氧氣催化變成羥基自由基和O2-自由基，這些自由基具有較強(qiáng)的氧化性或者還原性，很容易將有機(jī)物礦化成有機(jī)小分子甚至是二氧化碳和水。Li與Gan等研究人員制得了溴化銀/石墨相氮化碳/石墨烯三元復(fù)合物，可見光照射下可以把二氧化碳還原為甲醇，同時(shí)具有降解甲基橙的能力[30]；Fu等學(xué)者在石墨相氮化碳納米片上沉積了5.6nm的納米銀顆粒，銀/石墨相氮化碳復(fù)合光催化劑在可見光照下能夠降解甲基橙、甲基藍(lán)與中性深黃有機(jī)染料[31]；Tian等學(xué)者制得得到二氧化鈰/石墨相氮化碳復(fù)合物，具有降解苯酚溶液的能力[32]；Sam和Tiong等制備獲得介孔石墨相氮化碳材料，實(shí)驗(yàn)表明該材料能夠降解苯胺有機(jī)物，制備過程中，模板為二氧化硅[33]。；Xiao等人通過鹽酸胍制備介孔石墨相氮化碳材料，該材料能夠光催化降解磺胺甲嘧啶等有機(jī)污染物[34]。隨著后續(xù)更多研究的進(jìn)行，石墨相氮化碳在環(huán)境催化領(lǐng)域應(yīng)用將會(huì)越來越豐富。1.3.2能源催化g-C3N4催化材料是很好的能源催化材料。在光或者電的共同作用下，g-C3N4可以催化分解水產(chǎn)生H2。同樣，在特定條件下，也能還原得到O2。針對(duì)該催化材料在能源領(lǐng)


本文編號(hào)：3466201