社會(huì)發(fā)展和人口增加在帶來(lái)一系列環(huán)境問(wèn)題的同時(shí),也極大提高了人類對(duì)能源的需求。環(huán)境污染與能源短缺已經(jīng)成為當(dāng)今人類面臨的兩大主要問(wèn)題。開(kāi)發(fā)清潔、環(huán)保且可持續(xù)的新型能源已迫在眉睫。由于光催化技術(shù)可以將低密度的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為高密度的電能和化學(xué)能,因此,設(shè)計(jì)合成簡(jiǎn)單、高效且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的半導(dǎo)體光催化材料被認(rèn)為是解決未來(lái)環(huán)境與能源問(wèn)題的最有效途徑之一。在眾多半導(dǎo)體光催化劑當(dāng)中,石墨相氮化碳(g-C_3N_4)作為一種有機(jī)非金屬聚合物光催化材料因其制備簡(jiǎn)單、成本低廉、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、能帶結(jié)構(gòu)合適等優(yōu)點(diǎn),迅速成為光催化領(lǐng)域的熱點(diǎn)材料,展現(xiàn)出了巨大的潛在應(yīng)用前景。但傳統(tǒng)方法制備的g-C_3N_4比表面積小,活性位點(diǎn)少,光生載流子的復(fù)合率高,極大限制了其實(shí)際應(yīng)用。本論文針對(duì)目前g-C_3N_4所存在的固有缺點(diǎn),嘗試通過(guò)構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控、設(shè)計(jì)分子組成等方法對(duì)g-C_3N_4進(jìn)行有效的改性和修飾,從而達(dá)到大幅度提高其光催化活性的目的,促進(jìn)g-C_3N_4基光催化材料在太陽(yáng)能利用與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域中的應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)通過(guò)空氣氣氛中熱氧化剝離體相g-C_3N_4制備得到超薄g-C_3N_4納米片,并以具有更大比表面積、更快傳質(zhì)速率的超薄g-C_3N_4納米片替代體相g-C_3N_4,在其表面原位負(fù)載具有高度分散性的Ag_2WO_4、Ag_2CO_3納米粒子,設(shè)計(jì)構(gòu)筑Ag_2WO_4/g-C_3N_4納米片、Ag_2CO_3/g-C_3N_4納米片異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明我們所設(shè)計(jì)合成的g-C_3N_4基異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑具有較高的電子-空穴分離效率。而g-C_3N_4納米片的大比表面積一方面可以提高污染物的吸附量,另一方面可使異質(zhì)結(jié)變得更為有效,極大增強(qiáng)了g-C_3N_4與Ag_2WO_4或Ag_2CO_3之間的協(xié)同作用。此外,g-C_3N_4的π共軛結(jié)構(gòu)以及N-H官能團(tuán)可通過(guò)化學(xué)吸附抑制含銀化合物的光腐蝕,提高其光穩(wěn)定性。在可見(jiàn)光照射下,我們所構(gòu)筑的異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑展現(xiàn)出了優(yōu)異的光催化降解Rh B和MO性能。(2)通過(guò)空氣氣氛下長(zhǎng)時(shí)間的熱氧化剝離-刻蝕體相g-C_3N_4制備得到了具有豐富面內(nèi)孔結(jié)構(gòu)(微孔、介孔和大孔)的宏觀泡沫狀多孔超薄g-C_3N_4納米片(CNHS)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,CNHS具有較高的比表面積(277.98 m2 g-1),更多暴露的活性邊緣以及催化活性位點(diǎn),疏松、多孔的泡沫狀結(jié)構(gòu)可以提高其在水中的分散性,從而提高其在水相中的催化活性。此外,大量面內(nèi)孔的存在可以促進(jìn)光生載流子在g-C_3N_4各層間的快速擴(kuò)散,進(jìn)而提高載流子的分離效率。由于CNHS所具有的優(yōu)異物理化學(xué)特性,在可見(jiàn)光照射下,其光催化產(chǎn)氫速率可達(dá)57.20μmol h-1,λ=420±15 nm時(shí)的表觀量子效率為4.03%,1小時(shí)的轉(zhuǎn)化率為18.04。(3)由于納米結(jié)構(gòu)g-C_3N_4所展現(xiàn)出的獨(dú)特性能,通過(guò)剝離體相g-C_3N_4制備高活性的g-C_3N_4納米片得到了越來(lái)越多研究者的關(guān)注。我們相繼在空氣和氮?dú)鈿夥障聼崽幚眢w相g-C_3N_4,在不引入其他異質(zhì)組分的情況下,僅通過(guò)melon單元的自修飾成功制備了具有獨(dú)特富碳結(jié)構(gòu)的超薄g-C_3N_4納米片(CNSC)。所制備的CNSC在保留納米級(jí)g-C_3N_4優(yōu)異性能(例如:大比表面積、較短的彌散距離等)的同時(shí),克服了納米級(jí)g-C_3N_4因量子尺寸效應(yīng)而導(dǎo)致禁帶寬度增大的不足,從而改善了g-C_3N_4納米片的可見(jiàn)光吸收與利用率。在可見(jiàn)光照射下,CNSC的平均光催化產(chǎn)氫速率為39.6μmol h-1,1小時(shí)的轉(zhuǎn)化率為24.98。當(dāng)以更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光作為光源時(shí),相比于體相g-C_3N_4和普通g-C_3N_4納米片,其催化活性優(yōu)勢(shì)則更加明顯,提升因子可達(dá)72.9和5.4倍。經(jīng)測(cè)定,CNSC在λ=420±15 nm,450±15 nm,475±15 nm和520±15 nm時(shí)的表觀量子產(chǎn)率分別為4.52,1.41,1.03和0.25%。(4)與摻雜或構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)構(gòu)相比,采用共聚合策略來(lái)提高g-C_3N_4光催化活性得到的關(guān)注相對(duì)較少,這主要是因?yàn)槿狈线m的共聚合路線將特定的有機(jī)基團(tuán)引入到g-C_3N_4的網(wǎng)絡(luò)中。我們以苯甲酰胺作為一種新的、廉價(jià)的尿素共聚單體,通過(guò)簡(jiǎn)單的一步熱誘導(dǎo)聚合法成功的將苯基基團(tuán)引入到g-C_3N_4的melon結(jié)構(gòu)中,制備得到了苯基官能團(tuán)功能化的g-C_3N_4(CNPF)。苯基官能團(tuán)的引入可以拓展g-C_3N_4原有π共軛體系,從而改善g-C_3N_4可見(jiàn)光吸收與利用率,提高其載流子分離效率。此外,在前驅(qū)體尿素的聚合過(guò)程中加入苯甲酰胺可以豐富所得產(chǎn)物的孔結(jié)構(gòu),增加其比表面積。在可見(jiàn)光照射下,CNPF在不同的光催化體系中(如光催化產(chǎn)氫、光催化降解污染物以及光還原Cr(VI))都展現(xiàn)出了優(yōu)異的催化性能。
【學(xué)位單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O643.36;O644.1
【部分圖文】：

（A）表明NS-20

PS survey spectrum (A) and the corresponding high-resolution XP1s, (D) O 1s, (E) W 4f and (F) Ag 3d of the NS-20 composite.過(guò) SEM、TEM 以及 AFM 來(lái)觀測(cè)所制備樣品的形貌以及微觀結(jié)E）中，Ag2WO4的 SEM 和 TEM 照片表明單純 Ag2WO4是一種間的不規(guī)則球狀粒子。圖 2.（4B）和（F）中的 SEM 和 TEM 照片表面的片狀結(jié)構(gòu)，因此可以作為基底材料用以擔(dān)載其他納米材料比，g-C3N4-NS 變得更柔軟，厚度變得更薄（圖 2.4（C）和（剝離前后宏觀上 g-C3N4體積的變化相一致（如圖 2.4（B）和（.4（G）中的 AFM 照片進(jìn)一步表明 g-C3N4-NS 納米片的厚度大概 納米復(fù)合物，Ag2WO4均勻的分散在 g-C3N4-NS 表面（圖 2.4（ g-C3N4-NS 之間良好的接觸有利于光生電子和空穴的分離。而圖-20 復(fù)合物，Ag2WO4在 g-C3N4-B 表面發(fā)生了明顯的團(tuán)聚。此中，EDX 測(cè)試結(jié)果表明 NS-20 復(fù)合物是由 C、N、O、W 和 A果相一致。

東北師范大學(xué)博士學(xué)位論文(τ) =1τ12+2τ22+3τ32…1τ1+2τ2+3τ3…算，g-C3N4-B、B-20 以及 NS-20 的平均壽命分別為 16.2、18.1 和 21.23 n子壽命同樣歸因于提高的電子傳導(dǎo)率和載流子分離率[22]。
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;光催化劑[J];北方建筑;2017年06期

2 戚克振;程蓓;余家國(guó);Wingkei Ho;;二氧化鈦基Z型光催化劑綜述(英文)[J];催化學(xué)報(bào);2017年12期

3 徐瑛;余火根;貊艷平;宋佳;李永安;;可見(jiàn)光催化劑Ag/Ag_2O制備及其對(duì)染料脫色降解[J];化學(xué)教育;2016年22期

4 狄廣蘭;朱志良;;層狀雙金屬氫氧化物基光催化劑研究進(jìn)展[J];化學(xué)通報(bào);2017年03期

5 王強(qiáng);宋金玲;張胤;楊帆;;氯氧化鉍光催化劑的修飾及光催化性能[J];內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào);2017年01期

6 王浩;段永正;朱環(huán)環(huán);;銅基光催化劑在廢水光催化降解的應(yīng)用進(jìn)展[J];山東化工;2017年14期

7 張世杰;張培;;鉍系光催化劑的制備及應(yīng)用研究[J];山東化工;2017年14期

8 李金英;楊春維;朱琳;;TiO_2光催化劑磁性摻雜與改性研究進(jìn)展[J];化工新型材料;2017年09期

9 高虎虎;莫尊理;牛小慧;柴雅瓊;;部分金屬硫化物光催化劑的研究進(jìn)展[J];化工新型材料;2017年08期

10 崔玉民;殷榕燦;苗慧;陶棟梁;于占軍;李慧泉;;石墨相氮化碳光催化劑研究進(jìn)展[J];化工新型材料;2017年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 崔俊艷;寬光譜響應(yīng)鉭基光催化劑分解水制氫研究[D];吉林大學(xué);2018年

2 曾小星;新型鉍基光催化劑的制備及其降解水環(huán)境中有機(jī)污染物的性能研究[D];南昌大學(xué);2019年

3 張書(shū)渠;二硫化鉬基光催化劑的制備及產(chǎn)氫性能研究[D];湖南大學(xué);2018年

4 于欣;五氧化二鉭基納米材料的制備及光催化性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

5 周彥松;硫?qū)黉\基催化劑的載流子行為調(diào)控及性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

6 郭娜;核殼結(jié)構(gòu)可見(jiàn)光催化劑的構(gòu)建及其光催化性能研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所);2018年

7 方華斌;基于二維納米材料的光催化劑設(shè)計(jì)、制備及性能研究[D];北京化工大學(xué);2018年

8 郭峰;石墨相氮化碳基復(fù)合材料的制備及其降解水中抗生素的性能研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2018年

9 嚴(yán)銘;異質(zhì)結(jié)光催化劑的構(gòu)建及其可見(jiàn)光下光催化性能和機(jī)理研究[D];江蘇大學(xué);2018年

10 王克;鉍系光催化劑的制備、修飾及光催化性能研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 崔彥兵;Ag_3PO_4及其復(fù)合物的制備，表征和性能研究[D];南京大學(xué);2015年

2 丁艷;新型鉍系光催化劑的制備、表征及其性能研究[D];浙江師范大學(xué);2015年

3 楊楨;基于BiOAc的鉍基光催化劑的低溫合成及其性能研究[D];南京理工大學(xué);2018年

4 陳東陽(yáng);Bi_2WO_6光催化劑的制備及其降解性能研究[D];天津科技大學(xué);2017年

5 甘蒙蒙;BiOBr光催化劑的改性及其光催化性能的研究[D];天津科技大學(xué);2018年

6 陳慧;慢速沉淀—水熱固型制備可見(jiàn)光催化劑CdS及其對(duì)SM的應(yīng)用[D];天津科技大學(xué);2018年

7 劉釋元;LaVO_4/BiOBr復(fù)合光催化劑制備及性能研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2018年

8 李路;g-C_3N_4基復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究[D];南京理工大學(xué);2017年

9 周詩(shī)鈺;上轉(zhuǎn)換材料和還原氧化石墨烯對(duì)BiOCl光催化劑的改性[D];重慶大學(xué);2018年

10 薛婷婷;碳材料與氧化鈰雜化光催化劑的制備及降解氨氮的研究[D];蘇州科技學(xué)院;2015年

本文編號(hào)：2894608