清潔能源的高效開發(fā)利用和存儲是解決能源危機問題的有效方式。氫氣是單位質量內能量最高的能源材料,氫能的高效制備方式近年來引起了廣泛關注。利用太陽能和電能分解水制備氫氣是目前制備氫能的兩種重要方法。作為新興的非金屬光/電催化劑,碳氮化物以其綠色、來源豐富以及優(yōu)異的性能在光催化或者電催化領域備受到研究人員的廣泛關注,而其中g-C₃N₄和氮摻雜碳（N/C）備受青睞。然而g-C₃N₄比表面積低、光生載流子易復合以及導電性差等本身存在的缺陷嚴重阻礙該材料的光催化分解水產(chǎn)氫性能;N/C雖然導電性良好且活性位點豐富,是N/C的氫吸附吉布斯自由能較弱,導致對氫元素的吸附能力較差,其電催化析氫性能仍有待提升。為此,本文引入過渡金屬元素（Co,Ni）對碳氮化物進行修飾,提高材料的催化活性。系統(tǒng)表征材料的形貌、結構和析氫性能。相關研究結果如下:（1）采用水熱方式合成有機-無機雜化前驅體,熱處理過程中生成原位鈷摻雜的管狀g-C₃N₄（Co-CN）。研究發(fā)現(xiàn)最佳摻雜比例樣品的光催化產(chǎn)... 

【文章來源】：武漢科技大學湖北省

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

光催化機理示意圖

1.2.2 影響光催化反應活性的因素如圖1.2所示,光催化反應主要可以分為5個步驟:(1)半導體吸收光子,(2)產(chǎn)生光生電子-空穴對,(3)電子-空穴對的遷移與復合,(4)反應物的吸附與產(chǎn)物的解吸附和(5)在半導體表面分別進行氧化還原反應[11]。因此,從以上光催化反應的五個步驟來說,提升光催化活性可以從以下幾個方面入手:選擇合適帶隙的半導體材料,禁帶寬度過寬,則需要消耗更多的光子才能激發(fā)電子躍遷;而禁帶寬度過窄,光生載流子較易復合。且從熱力學方面考慮,半導體的禁帶寬度至少需要大于1.23 eV才能有效實現(xiàn)水的分解。另外,促進光生載流子的分離,通過改性手段抑制光生載流子的復合,可以有效提升光催化效率。最后,增加光半導體與反應物的接觸面積,也是不失為一種行之有效的手段。

(1)構筑納米結構通過控制g-C3N4的形貌結構來獲得優(yōu)異的光催化性能一直是g-C3N4光催化材料研究領域的熱門方向。目前報道出來的不同形貌g-C3N4主要有多孔狀g-C3N4[14]、納米管狀g-C3N4[15]、納米線狀g-C3N4[16]、空心球狀g-C3N4[17]、納米片狀g-C3N4[18]等。多孔結構的g-C3N4由于具有比較大的比表面積,可以提供比較多的反應位點,從而表現(xiàn)出比原始g-C3N4更強的光催化活性。對多孔g-C3N4的光催化性能研究表明,多孔結構可以顯著提高g-C3N4的光催化性能,例如在光解水制氫以及光催化降解有機污染物等方面,其效率明顯高于塊狀g-C3N4。多孔g-C3N4光催化活性高的原因主要是它擁有大的比表面積、均勻的孔徑分布等眾多塊狀g-C3N4無法比擬的優(yōu)點。如Guo等人制備的磷摻雜管狀結構g-C3N4,是由納米片層組成的微米管結構,這種獨特的微-納米結構有效促進了光生載流子的分離,顯著提升了樣品的光催化析氫性能[13]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鉀離子摻雜對石墨型氮化碳光催化劑能帶結構及光催化性能的影響[J]. 張健,王彥娟,胡紹爭.  物理化學學報. 2015(01)

博士論文
[1]基于鈷納米晶的高性能電化學催化劑的制備及電解水性能的研究[D]. 劉炳瑞.中國科學技術大學 2017

碩士論文
[1]雜原子摻雜碳基納米材料的制備及其光/電催化性能研究[D]. 毛永.安徽大學 2018
[2]鈷基復合材料的合成及其電催化析氫研究[D]. 劉永康.湖南大學 2018
[3]以Ag為電極的電催化還原CO2性能研究[D]. 羅金.哈爾濱工業(yè)大學 2015



本文編號：3240054