隨著人類社會(huì)高速發(fā)展,能源和環(huán)境之間的矛盾愈演愈烈,而光催化技術(shù)具有綠色、清潔和可持續(xù)的優(yōu)點(diǎn),展現(xiàn)了重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。光催化技術(shù)發(fā)展至今,探索合適的光催化材料成為關(guān)鍵步驟,而石墨相氮化碳由于廉價(jià)易得、穩(wěn)定高效的特點(diǎn),受到廣大科研工作者的關(guān)注。體相石墨相氮化碳具有合適的能帶結(jié)構(gòu),在可見光區(qū)能被激發(fā),但由于其比表面積小,暴露活性位點(diǎn)少,光催化活性受到限制。為了解決這一難題,通過(guò)形貌調(diào)控制備介孔石墨相氮化碳以增大比表面積,達(dá)到改善光催化性能的目的。本論文以介孔石墨相氮化碳（MCN）為主要研究對(duì)象,從介孔石墨相氮化碳和助催化劑的形貌調(diào)控入手,對(duì)介孔石墨相氮化碳基復(fù)合光催化劑的光催化制氫性能展開研究。采用Pt、Ag、Ni金屬顆粒、PtS₂二維納米片、二維Co-NG三種助催化劑修飾介孔石墨相氮化碳,分別從介孔結(jié)構(gòu)、助催化劑形貌調(diào)控等多角度入手改善其光生電子傳輸效率,以提升其光催化分解水制氫活性。本論文的主要研究成果如下:（1）采用多次真空抽濾法將金屬顆粒引入孔道結(jié)構(gòu)中,使Pt、Ag、Ni顆粒與孔道緊密接觸,構(gòu)筑一種V-M（M=Pt、Ag、Ni）/MCN復(fù)合材料... 

【文章來(lái)源】：江蘇大學(xué)江蘇省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光催化反應(yīng)原理圖

介孔石墨相氮化碳基復(fù)合光催化劑的制備及其光催化制氫性能研究10450℃以下只能得到中間體；當(dāng)溫度大于650℃時(shí)，形成的氮化碳已經(jīng)開始大量揮發(fā)；溫度升高至700℃時(shí)，前驅(qū)體會(huì)完全揮發(fā)且氮化碳也發(fā)生裂解，因此不能得到石墨相氮化碳[66]。對(duì)于氮化碳的制備方法而言，由于大自然中并沒有發(fā)現(xiàn)天然形成的石墨相氮化碳，因此所有的氮化碳合成都是通過(guò)一系列物理化學(xué)方法人為制備得到的。經(jīng)過(guò)科研工作者不斷的摸索與嘗試，制備石墨相氮化碳的方法愈漸成熟[67]。目前常見的石墨相氮化碳制備方法主要分為物理法和化學(xué)法，物理法包括了離子濺射、激光束濺射和機(jī)械球磨法等；化學(xué)法包括了熱縮聚法、溶劑熱法、固相反應(yīng)法和電化學(xué)沉積法等[67-69]。其中，目前應(yīng)用最為廣泛的就是熱縮聚法，通過(guò)一系列易得的富氮前驅(qū)體（三聚氰胺、二聚二胺、單氰胺和硫脲等）在高溫誘導(dǎo)作用下自行縮聚，就能夠高效快捷地得到石墨相氮化碳。然而，熱縮聚法在高溫條件下縮聚，反應(yīng)過(guò)程較快，不利于石墨相氮化碳的調(diào)控，因此溶劑熱法常常用于石墨相氮化碳的分子自組裝，調(diào)控得到特殊形貌結(jié)構(gòu)的石墨相氮化碳材料。固相反應(yīng)和電化學(xué)沉積法雖然制備效率較低，但也是制備空心球結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)等特殊結(jié)構(gòu)必不可少的方法[70,71]。圖1.2石墨相氮化碳的結(jié)構(gòu)模型[72]Fig.1.2Structuralmodelofgraphiticcarbonnitride

江蘇大學(xué)碩士論文11圖1.3氰胺熱聚合形成氮化碳過(guò)程[73]Fig.1.3Processofcyanamidethermalpolymerizationtoformcarbonnitride1.3.2氮化碳的研究現(xiàn)狀石墨相氮化碳作為非金屬聚合物，原料來(lái)源廣泛、制備方法簡(jiǎn)單、具有合適的能帶結(jié)構(gòu)、高氧化還原電位、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐酸堿穩(wěn)定性，被廣大科研工作者認(rèn)為是作為光催化劑的理想材料[74]。盡管石墨相氮化碳具備了理想光催化材料大部分的條件，但實(shí)際上光催化性能卻不盡如人意。針對(duì)氮化碳存在的缺陷，目前石墨相氮化碳的研究方向主要集中在拓展氮化碳光吸收范圍和改善氮化碳較高的光生載流子復(fù)合率兩方面[75,76]。Liu課題組[77]發(fā)現(xiàn)盡管二維超薄結(jié)構(gòu)氮化碳能夠有效縮短電子遷移距離，且大比表面積有利于錨定更多活性位點(diǎn)，但是由于尺寸厚度減小引發(fā)了強(qiáng)烈的量子尺寸效應(yīng)，使得二維超薄結(jié)構(gòu)的氮化碳帶隙明顯變大，導(dǎo)致其捕獲可見光的能力下降，抑制了光催化活性的提升。Liu課題組采用了先氟化，后熱脫氟的方法將氰基引入到二維氮化碳納米片的結(jié)構(gòu)中，并在邊緣位置引入氮空位，從而縮小了帶隙，顯著地將二維氮化碳納米片的光響應(yīng)范圍拓展至578nm，并在Pt作助催化劑的條件下展現(xiàn)了出色的光催化活性，相比未處理的二維氮化碳納米片提升14.5倍。Ho課題組[78]利用前驅(qū)體尿素和硫脲煅燒出能帶結(jié)構(gòu)不同的石墨相氮化碳，采用共混煅燒原位構(gòu)建了g-C3N4/g-C3N4同型異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，兩個(gè)g-C3N4組分之間的電勢(shì)差能夠有效驅(qū)動(dòng)光生載流子的分離

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于能帶結(jié)構(gòu)理論的半導(dǎo)體光催化材料改性策略[J]. 王丹軍,張潔,郭莉,申會(huì)東,付峰,薛崗林,方軼凡.  無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2015(07)
[2]石墨相氮化碳的化學(xué)合成及應(yīng)用[J]. 張金水,王博,王心晨.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2013(09)
[3]H2 production with low CO selectivity from photocatalytic reforming of glucose on metal/TiO2 catalysts[J]. WU GuoPeng1,2, CHEN Tao2, ZHOU GuoHua 2, ZONG Xu2 & LI Can2 1 Laboratory of Plasma Physical Chemistry, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China; 2 State Key Laboratory of Catalysis, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, China.  Science in China（Series B:Chemistry）. 2008(02)



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