本文關鍵詞： g-C_3N_4 可見光響應型 光催化劑 光催化活性 異質結　出處：《天津理工大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：由于能源短缺和環(huán)境惡化問題的持續(xù)威脅,類石墨相氮化碳(g-C_3N_4)作為一種新型的可見光響應型光催化劑已經成為熱門研究課題。然而,體相g-C_3N_4由于存在著比表面積小,光生載流子易復合和太陽能利用率低等缺點而使得光催化活性較低。因此,本文旨在解決上述提出的體相g-C_3N_4的缺點來優(yōu)化其光催化性能。取得的主要成果如下:1.在氬氣氣氛下,采用熱剝離體相g-C_3N_4法制得超薄氮化碳(UGCN)納米片。通過多種測試方法對樣品的結構、形貌、比表面積和光電性質等進行了表征,并探討了樣品UGCN的光催化反應機理。與體相g-C_3N_4相比,樣品UGCN的比表面積由58.5 m2g-1增大至131.2 m2 g-1,可見光吸收作用增強。在可見光照射下,樣品UGCN光催化降解羅丹明B(RhB)的動力學速率常數是體相g-C_3N_4的6.1倍,同時,其產氫速率是體相g-C_3N_4的2倍。2.采用等離子體處理修飾g-C_3N_4的表面特性來優(yōu)化其光催化性能。通過多種測試方法來考察等離子體處理對樣品表面性質的作用,并探討了改性g-C_3N_4的光催化反應機理。與體相g-C_3N_4相比,改性g-C_3N_4通過引入親水性官能團(-OH、-COOH)增加了其親水性程度。在可見光照射下,改性g-C_3N_4光催化RhB的降解率是體相g-C_3N_4的2倍。本實驗方法為進一步優(yōu)化光催化活性提供了一種新思路。3.采用一步煅燒法制備了新型的g-C_3N_4/CoO復合材料。通過多種測試方法對樣品的結構、形貌、比表面積和光電性質等進行了表征,并探討了g-C_3N_4/CoO復合材料的光催化反應機理。實驗數據表明,g-C_3N_4/CoO-0.5 wt%復合材料在可見光照射下的光催化活性最高,其產氫速率是純g-C_3N_4的3倍。g-C_3N_4/CoO復合材料光催化性能的顯著提高主要是由于g-C_3N_4/CoO異質結中的能帶結構匹配,這導致了可見光區(qū)域的光吸收作用增強,光生載流子分離效率提高。
[Abstract]:Due to the persistent threat of energy shortage and environmental degradation, graphite-like carbon nitride (GN) -like C _ 3N _ 4) has become a hot research topic as a new type of visible light-responsive photocatalyst. However, the bulk g-C _ 3N _ 4 has a small specific surface area. The photocatalytic activity is low due to the disadvantages of easy recombination of photogenerated carriers and low utilization of solar energy. Therefore, the aim of this paper is to optimize the photocatalytic performance of g-C _ 3N _ 4 by solving the above mentioned shortcomings of bulk phase g-C _ 3N _ 4. The main results are as follows: 1. In argon atmosphere, Ultrathin carbon nitride UGCNs were prepared by thermal stripping phase g-C3NAP4 method. The structure, morphology, specific surface area and optoelectronic properties of the samples were characterized by various methods. The photocatalytic reaction mechanism of the sample UGCN was also discussed. Compared with the bulk g-C _ s _ 3N _ 4, the specific surface area of the sample UGCN increased from 58.5 m ~ (-2) g ~ (-1) to 131.2 m ~ (2) g ~ (-1), and the visible light absorption was enhanced. The kinetic rate constant of UGCN photocatalytic degradation of Rhodamine (RhB) was 6.1 times of that of bulk g-C _ 3N _ s _ 4, and at the same time, The hydrogen production rate of g-C _ 3N _ 4 is twice as high as that of bulk phase g-C _ 3N _ 4. The surface properties of g-C _ 3N _ 4 modified by plasma treatment are optimized to optimize its photocatalytic properties. The effects of plasma treatment on the surface properties of the samples are investigated by various test methods. The mechanism of photocatalytic reaction of the modified g-C3Nder4 was discussed. Compared with the bulk g-C3N4, the modified g-C3N4 increased its hydrophilicity by introducing the hydrophilic functional group -OH- COOH. under visible light irradiation, the modified g-C3N4 increased its hydrophilicity. The degradation rate of the modified g-C _ 3N _ 4 RhB is twice as high as that of the bulk g-C _ 3N _ 3N _ 4. This method provides a new way of thinking for further optimizing the photocatalytic activity. A new type of g-C _ 3N _ 3N _ 4 / CoO composite was prepared by one-step calcination. Method for the structure of the sample, The morphology, specific surface area and optoelectronic properties were characterized, and the photocatalytic reaction mechanism of g-C _ 3N _ 3N _ 4 / CoO composite was discussed. The experimental data showed that the photocatalytic activity of g-C _ 3N _ 3N _ 3N _ 3N _ 3N _ 3N _ 3N _ (4) / CoO-0.5 wt% composite was the highest under visible light irradiation. The hydrogen production rate of the composite is three times that of pure g-C _ S _ 3N _ 4. G-C _ 3N _ 3N _ 4 / CoO composite has significantly improved photocatalytic performance mainly due to the matching of the energy band structure in the g-C _ 3N _ 3N _ 4 / CoO heterojunction, which leads to the enhancement of the optical absorption in the visible region and the improvement of the efficiency of photo-generated carrier separation.
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36

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本文編號：1543008