本文關(guān)鍵詞：石墨相氮化碳基復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑的制備及光催化活性研究

  更多相關(guān)文章： 石墨相氮化碳 硫化銀 硫化鉬 硫化鋅 光催化 微波輔助合成 原位合成

【摘要】：隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展,能源短缺和環(huán)境污染問題成為了迫切需要解決的全球性難題。針對(duì)這一現(xiàn)狀,半導(dǎo)體光催化技術(shù)引起了研究者越來越多的關(guān)注。半導(dǎo)體光催化技術(shù)旨在通過發(fā)揮半導(dǎo)體材料的物理化學(xué)特性將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,進(jìn)一步利用化學(xué)能實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物降解、重金屬離子還原、CO2還原、水分解、有機(jī)合成和殺菌消毒等過程。半導(dǎo)體光催化技術(shù)汲取了先進(jìn)材料研究的成果,整合了能源與環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),具有能源節(jié)約和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),是具有廣闊應(yīng)用前景的前沿研究領(lǐng)域。石墨相氮化碳(g-C_3N_4)是一種新型窄帶隙聚合物半導(dǎo)體材料,具有原料價(jià)格低廉、制備過程簡(jiǎn)單、化學(xué)穩(wěn)定性好、光學(xué)吸收性能優(yōu)異等特點(diǎn),成為了近來光催化研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。但是由于可見光響應(yīng)范圍窄、光生電子/空穴復(fù)合率高等原因,g-C_3N_4在可見光誘導(dǎo)下的光催化活性仍然有待提高。因此,將g-C_3N_4作為基底材料,加以適當(dāng)修飾,構(gòu)成復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑,是提高g-C_3N_4可見光響應(yīng)光催化活性的有效途徑。根據(jù)以上研究背景,本論文以采用微波輔助合成法制備了肖特基結(jié)復(fù)合結(jié)構(gòu)Ag/g-C_3N_4和窄帶隙耦合異質(zhì)結(jié)構(gòu)Ag/Ag_2S/g-C_3N_4,采用原位沉積法制備了窄帶隙耦合異質(zhì)結(jié)構(gòu)MoS_2/g-C_3N_4和寬帶隙耦合異質(zhì)結(jié)構(gòu)Zn S/g-C_3N_4,對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)表征,利用羅丹明B(Rh B)作為探針分子評(píng)價(jià)了復(fù)合結(jié)構(gòu)的可見光響應(yīng)光催化活性。具體內(nèi)容如下:1.以硫脲為前驅(qū)體,采取熱縮聚方法制了g-C_3N_4。通過多元醇體系微波輔助合成路線制備了Ag/g-C_3N_4、Ag/Ag_2S/g-C_3N_4復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑,通過X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)和透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和形貌進(jìn)行了表征,通過紫外-可見漫反射光譜(UV-Vis DRS)和熒光光譜(PL)對(duì)其光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,單質(zhì)Ag納米粒子,Ag/Ag_2S納米粒子成功復(fù)合到了g-C_3N_4上,得到了Ag/g-C_3N_4,Ag/Ag_2S/g-C_3N_4復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑。制備的復(fù)合光催化劑與g-C_3N_4相比,可見光響應(yīng)范圍增強(qiáng),光生電子和空穴復(fù)合概率減小。在光催化活性方面,Ag/g-C_3N_4樣品中當(dāng)Ag占g-C_3N_4名義質(zhì)量比在2 wt%時(shí)具有最高的光催化活性,120 min內(nèi)降解率達(dá)到98.1%,經(jīng)過4次循環(huán)使用,降解率仍保持在96.9%。Ag/Ag_2S/g-C_3N_4中當(dāng)Ag_2S占g-C_3N_4名義質(zhì)量比在10 wt%時(shí)具有最高的光催化,120 min內(nèi)降解率達(dá)到98%,經(jīng)過4次循環(huán)降解使用,降解率仍保持在80%。2.在N_2保護(hù)焙燒下,采取原位沉積的方法,以硫脲作為g-C_3N_4前驅(qū)體和硫源,分別以鉬酸銨作為鉬源或以硝酸鋅作為鋅源,分別制備了MoS_2/g-C_3N_4、Zn S/g-C_3N_4異質(zhì)結(jié)型復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑。通過XRD、XPS和TEM等表征手段,分析了光催化劑的晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和形貌。結(jié)果顯示形成了復(fù)合半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。MoS_2的負(fù)載明顯提高了g-C_3N_4的可見光響應(yīng),同時(shí)抑制了光生電子和空穴的復(fù)合。Zn S的負(fù)載明顯抑制了光生電子和空穴的復(fù)合。在光催化活性方面,鉬酸銨的投料量為3 mg時(shí)制備的MoS_2/g-C_3N_4具有最大的光催化活性,60 min時(shí)降解率達(dá)97.8%,通過4次循環(huán),降解率仍保持在93.8%。當(dāng)硝酸鋅的投料量為1 g時(shí)制備的Zn S/g-C_3N_4光催化活性最大,120 min是降解率接近100%,通過4次循環(huán),降解率仍保持在87.2%。3.對(duì)以上4個(gè)復(fù)合光催化劑體系的光催化反應(yīng)活性物種進(jìn)行了捕獲實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明光生空穴和超氧陰離子是Rh B可見光誘導(dǎo)降解過程中的主要活性物種。其中,Ag/g-C_3N_4系列催化劑中超氧陰離子是主要的活性物種,而Ag/Ag_2S/g-C_3N_4、MoS_2/g-C_3N_4和Zn S/g-C_3N_4系列催化劑中光生空穴為主要的活性物種。以此為基礎(chǔ),分別討論了復(fù)合光催化劑的作用機(jī)制。本論文涉及的兩種合成方法具有工藝簡(jiǎn)單,反應(yīng)可控等特征,對(duì)g-C_3N_4基復(fù)合光催化劑的制備具有借鑒意義。綜合比較,在制備的4個(gè)系列光催化劑中,MoS_2/g-C_3N_4表現(xiàn)了最好的光催化活性以及最佳的穩(wěn)定性,具有更佳的應(yīng)用前景。在進(jìn)一步的工作中可以考慮繼續(xù)優(yōu)化負(fù)載半導(dǎo)體與g-C_3N_4的能帶匹配以期提高其光催化活性,并拓展在其他光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：石墨相氮化碳 硫化銀 硫化鉬 硫化鋅 光催化 微波輔助合成 原位合成
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;O644.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 引言11-21
• 1.1 半導(dǎo)體光催化概述11-13
• 1.1.1 半導(dǎo)體光催化的發(fā)展進(jìn)程11-12
• 1.1.2 半導(dǎo)體光催化反應(yīng)機(jī)理12-13
• 1.2.石墨相氮化碳(g-C_3N_4)概述13-18
• 1.2.1 g-C_3N_4的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)13-15
• 1.2.2 g-C_3N_4的制備方法15-16
• 1.2.3g-C_3N_4光催化活性16
• 1.2.4 g-C_3N_4基復(fù)合光催化劑的光催化活性16-18
• 1.3 本論文的研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)18-21
• 1.3.1 本論文研究?jī)?nèi)容18-20
• 1.3.2 創(chuàng)新點(diǎn)20-21
• 第二章 Ag/g-C_3N_4光催化劑的制備及光催化活性研究21-32
• 2.1 引言21-22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分22-24
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)主要試劑及儀器22
• 2.2.2 石墨相氮化碳（g-C_3N_4）的制備22-23
• 2.2.3 Ag/g-C_3N_4光催化劑的制備23
• 2.2.4 表征23
• 2.2.5 光催化實(shí)驗(yàn)23
• 2.2.6 光催化劑重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)23-24
• 2.2.7 活性物種捕獲實(shí)驗(yàn)24
• 2.3 結(jié)果分析與討論24-31
• 2.3.1 光催化劑表征分析24-27
• 2.3.2 光催化活性27-29
• 2.3.3 機(jī)理29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 Ag/Ag_2S/g-C_3N_4光催化劑的制備及光催化活性研究32-43
• 3.1 引言32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分32-34
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)主要試劑與儀器32-33
• 3.2.2 石墨相氮化碳（g-C_3N_4）的制備33
• 3.2.3 Ag/Ag_2S/g-C_3N_4光催化劑的制備33
• 3.2.4 表征33-34
• 3.2.5 光催化實(shí)驗(yàn)34
• 3.2.6 活性物種捕獲實(shí)驗(yàn)34
• 3.2.7 光催化劑重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)34
• 3.3 結(jié)果分析與討論34-42
• 3.3.1 光催化劑表征分析34-38
• 3.3.2 光催化活性38-40
• 3.3.3 機(jī)理40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 MoS_2/g-C_3N_4光催化劑的制備及光催化活性研究43-53
• 4.1 引言43-44
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分44-45
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)主要試劑與儀器44
• 4.2.2 MoS_2/g-C_3N_4復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑的制備44
• 4.2.3 表征44-45
• 4.2.4 光催化實(shí)驗(yàn)45
• 4.2.5 活性物種捕獲實(shí)驗(yàn)45
• 4.2.6 光催化劑重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)45
• 4.3.結(jié)果分析與討論45-52
• 4.3.1 光催化劑表征分析45-49
• 4.3.2 催化活性49-51
• 4.3.3 機(jī)理51-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第五章 ZnS/g-C_3N_4光催化劑的制備及光催化活性研究53-64
• 5.1 引言53
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分53-55
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)主要試劑與儀器53-54
• 5.2.2 ZnS/g-C_3N_4復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑的制備54
• 5.2.3 表征54-55
• 5.2.4 光催化實(shí)驗(yàn)55
• 5.2.5 活性物種捕獲實(shí)驗(yàn)55
• 5.2.6 光催化劑重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)55
• 5.3 結(jié)果分析與討論55-63
• 5.3.1 光催化劑的表征分析55-59
• 5.3.2 光催化活性59-62
• 5.3.3 催化機(jī)理62-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 第六章總結(jié)與展望64-65
• 6.1 總結(jié)64
• 6.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-72
• 致謝72-73
• 作者攻碩期間的學(xué)術(shù)論文目錄73

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1 ;光催化劑及其應(yīng)用[J];大眾標(biāo)準(zhǔn)化;2002年10期

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5 王勇;張軍;楊青林;郭林;嵇天浩;鄧元;江雷;;炭與TiO_2光催化劑復(fù)合研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2006年S2期

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8 孫楊;李曉丹;楊梅;邵忠財(cái);蘇會(huì)東;洪營(yíng);;TiO_2光催化劑的研究進(jìn)展[J];渤海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年02期

9 羅磊;李志光;涂飛躍;李瓊;;TiO_2光催化劑的負(fù)載技術(shù)研究進(jìn)展[J];化工科技;2008年04期

10 臧丹煒;楊亞君;;納米TiO_2光催化劑的制備及應(yīng)用[J];天津化工;2009年05期

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1 朱永法;;高能效高活性光催化劑的研究[A];第六屆全國(guó)環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

2 陳紅霞;;光催化劑的制備及其應(yīng)用[A];第七屆全國(guó)工業(yè)催化技術(shù)及應(yīng)用年會(huì)論文集[C];2010年

3 周秀文;;納米級(jí)TiO_2光催化劑的性能及應(yīng)用前景[A];四川省環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)2003年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2003年

4 傳秀云;;納米組裝天然多孔礦物作為TiO_2光催化劑載體應(yīng)用研究[A];2004年全國(guó)太陽能光化學(xué)與光催化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

5 傳秀云;;天然多孔礦物作為TiO_2光催化劑載體應(yīng)用研究[A];中國(guó)礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

6 楊海峰;張?zhí)O;曹陽;;TiO_2光催化劑改性的研究進(jìn)展[A];2009中國(guó)功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2009年

7 何雨洋;王家強(qiáng);;以生物粉末為模板制備高效TiO_2光催化劑[A];第十五屆全國(guó)分子篩學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2009年

8 吳保朝;丁正新;付賢智;員汝勝;;TiO_2/M_xO_y/SiO_2纖維態(tài)光催化劑的制備及催化性能研究[A];第七屆全國(guó)催化劑制備科學(xué)與技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

9 劉秀華;;貴金屬元素?fù)诫sTiO_2光催化劑[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)(2009年版)[C];2010年

10 秦祖贈(zèng);劉自力;楊克迪;文衍宣;;含銦、鉍可見光催化劑的研究進(jìn)展[A];第七屆全國(guó)工業(yè)催化技術(shù)及應(yīng)用年會(huì)論文集[C];2010年

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1 本報(bào)記者 董小雷;環(huán)保技術(shù)新寵——光催化劑[N];中國(guó)化工報(bào);2002年

2 蔡忠仁;高效光催化劑抑菌防霉[N];中國(guó)化工報(bào);2011年

3 ;納米固體光催化劑獲發(fā)明專利[N];今日信息報(bào);2003年

4 蔡忠仁;納米固體光催化劑獲發(fā)明專利[N];中國(guó)化工報(bào);2003年

5 羅�；�;住友化工開發(fā)出可見光型氧化鈦光催化劑[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2003年

6 記者 吳苡婷;書寫“水變氫”的傳奇[N];上�？萍紙�(bào);2011年

7 武文;二氧化鈦?zhàn)詽嵅ＡТ笫袌?chǎng)正在形成[N];中華建筑報(bào);2002年

8 ;日本開發(fā)出一種高效分解水的新型催化劑[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2002年

9 胡連榮;日本高速路的立體環(huán)保舉措[N];中國(guó)環(huán)境報(bào);2003年

10 虹影;日本開發(fā)降溫新建材[N];中國(guó)房地產(chǎn)報(bào);2004年

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1 滕鳳;TiO_2光催化劑的改性研究及其器件化應(yīng)用[D];蘭州大學(xué);2015年

2 董淑英;鋅、鉍系/石墨烯可見光催化劑的制備及其性能研究[D];河南師范大學(xué);2014年

3 董紅軍;IVA和VB族銀基復(fù)合氧化物的光催化活性及穩(wěn)定性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

4 劉洪燕;金屬納米粒子表面等離子體光催化劑的制備、表征和光催化產(chǎn)氫性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

5 曾磊;強(qiáng)降解VOC納米TiO_2光催化劑的制備及機(jī)理研究[D];華中科技大學(xué);2015年

6 朱艷艷;結(jié)構(gòu)調(diào)控對(duì)半導(dǎo)體光催化活性的影響研究[D];清華大學(xué);2015年

7 朱英明;納米二氧化鈦基光催化劑的改性和光催化性能研究[D];天津大學(xué);2015年

8 孫圣楠;金屬與非金屬改性TiO_2/ASC光催化劑的制備與NO氧化表面光電子行為研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2015年

9 吳偉明;硝基苯類有機(jī)物的光催化加氫及其機(jī)理研究[D];福州大學(xué);2014年

10 張燕輝;石墨烯基復(fù)合光催化劑的制備及其催化性能的探索研究[D];福州大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 黃艷;硫化物摻雜TiO_2光催化劑的合成及性質(zhì)研究[D];西北大學(xué);2011年

2 李亞男;幾種水生植物葉和幾種植物粉模板TiO_2光催化劑的合成及其性能研究[D];云南大學(xué);2012年

3 王歡;Ag@AgX插層復(fù)合物光催化劑的制備及活性研究[D];河北聯(lián)合大學(xué);2014年

4 馬春紅;上轉(zhuǎn)換發(fā)光劑/TiO_2復(fù)合膜的制備及其光催化降解污染物同時(shí)制氫的研究[D];遼寧大學(xué);2015年

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7 董昭;貴金屬改性TiO_2納米復(fù)合材料的制備及其在染料降解中的應(yīng)用[D];浙江理工大學(xué);2016年

8 孫冠華;中空CdS@TiO_2復(fù)合雙殼層光催化劑的制備及其水處理的應(yīng)用[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2014年

9 楊微微;TiO_2-rGO/ASC光催化劑用于煙氣脫硝性能研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2015年

10 閆欣;BiVO_4/ASC光催化劑的制備及光催化脫硝性能研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2015年

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本文編號(hào)：756848