發(fā)布時間：2021-08-30 05:01

　　隨著社會與科技的飛速進步,化石能源急劇消耗,并且環(huán)境污染問題日益嚴重,尋找一種可持續(xù)的環(huán)境友好燃料能源成為了一個被廣泛研究討論的問題。半導體光催化劑的出現(xiàn),為解決該問題提供了一條新途徑,半導體光催化劑可以在光照的情況下通過分解水將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能,實現(xiàn)一種綠色環(huán)保的高熱值能源的可持續(xù)生產(chǎn)。在眾多的半導體光催化劑中,g-C₃N₄憑借制備方法簡單、成本低廉、穩(wěn)定性好以及合適的能帶結(jié)構(gòu)等優(yōu)點而備受關(guān)注,但是由于其光生電子和空穴轉(zhuǎn)移慢且易復合、光吸收范圍較窄以及較低的比表面積,使其光催化性能不夠理想,近幾年眾多學者針對這些問題開展了大量研究,以提升其光催化性能。本文針對g-C₃N₄的改性研究重點綜述了元素摻雜改性和構(gòu)建半導體異質(zhì)結(jié)兩方面的研究進展,歸納了目前存在的問題,提出了相應(yīng)的解決建議,并對后續(xù)的發(fā)展趨勢做出了展望。 

【文章來源】：功能材料與器件學報. 2020,26(01)

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

光催化水解產(chǎn)氫示意圖[11]

石墨相氮化碳(g-C3N4)用于光催化產(chǎn)氫的首次報道出現(xiàn)于2009年,當時Wang等人將g-C3N4粉體作為光催化劑,研究了其在可見光照射下的光催化活性[16]。氮化碳是由共價鍵連接組成的非金屬半導體聚合物,理論上,存在α相、β相、立方相、偽立方相以及石墨相幾種假設(shè)相,并有學者發(fā)現(xiàn),其中構(gòu)建石墨相的基本結(jié)構(gòu)單元有兩種,分別為三嗪(C3N3)結(jié)構(gòu)和七嗪環(huán)(C6N7)結(jié)構(gòu),如圖2所示[17, 18]。有學者對比了幾種結(jié)構(gòu)相的熱力學穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)了以七嗪環(huán)(C6N7)結(jié)構(gòu)為基本單元構(gòu)成的g-C3N4是最穩(wěn)定的相[19]。所以七嗪環(huán)結(jié)構(gòu)被默認為是構(gòu)成g-C3N4的基本單元,g-C3N4具有和石墨類似的結(jié)構(gòu),每一層為sp2軌道雜化的C原子和N原子組成的大π鍵共軛體系,兩層間的距離約為0.326nm[20]。g-C3N4的價帶和導帶分別由NPZ軌道和CPZ軌道組成,帶隙為2.7eV,光吸收邊為460nm。在理想情況下,單層的g-C3N4的理論比表面積可高達2500 m2·g-1[21],由于層間存在分子間相互作用力,使得g-C3N4并不溶解于強酸強堿等化學溶劑中,表現(xiàn)出極強的化學穩(wěn)定性[22, 23]。2 g-C3N4的制備

摻雜改性是材料研究過程中最為常見的一種改性方法,通過金屬離子、非金屬原子等對材料進行摻雜,可以有效的調(diào)節(jié)半導體的能帶結(jié)構(gòu),從而改變材料的光學、電學等物理化學性能。因此,在對g-C3N4的性能改性研究過程中,元素摻雜同樣被廣泛研究。因為g-C3N4獨特的化學結(jié)構(gòu),其摻雜方式又可分為層間摻雜和碳氮雜環(huán)面內(nèi)摻雜,環(huán)內(nèi)摻雜示意圖如圖3所示[39]。圖4 摻雜g-C3N4的p-嵌段元素的電子結(jié)構(gòu)。


本文編號：3372117