地球資源的長(zhǎng)期使用導(dǎo)致能源枯竭、環(huán)境惡化等問(wèn)題已變得極度尖銳,在此基調(diào)下,為高效潔凈的再生能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)資源提供了歷史契機(jī)。光催化技術(shù)可直接獲取、變換和貯存可再生太陽(yáng)能,研究人員對(duì)此尤其關(guān)注。UV-Vis響應(yīng)的g-C₃N₄不僅帶隙跨度小（².7 eV）,穩(wěn)定性高,電子結(jié)構(gòu)獨(dú)特,而且僅由地球上儲(chǔ)量豐富的非金屬C和N構(gòu)成,在環(huán)境清潔、制氫等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而,g-C₃N₄卻有一個(gè)嚴(yán)重缺陷,即它的光生電荷分離效率低下,產(chǎn)生的e^--h⁺對(duì)易重組,導(dǎo)致了低量子效率。因此,合理設(shè)計(jì)新的制備策略以促進(jìn)光生e^--h⁺對(duì)的分離并提高它們的壽命是現(xiàn)階段的主要任務(wù)�；诖�,本文從改進(jìn)g-C₃N₄的制備方法和摻雜改性兩個(gè)方向結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究,研究主要內(nèi)容如下:采用飽和鹽溶液水熱后處理法制備了一系列鹵素?fù)诫s的g-C₃N₄納米棒,并考... 

【文章來(lái)源】：遼寧石油化工大學(xué)遼寧省

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

一些典型的半導(dǎo)體帶隙[20]

3（1）對(duì)特定波段光的俘獲(λ700nm)（2）電荷的激發(fā)(hγ≥Eg)（3）電荷的分離與轉(zhuǎn)移(10ns~100ps)（4）半導(dǎo)體催化劑表面發(fā)生光電催化反應(yīng)(100ns~ms)具體來(lái)說(shuō)，不同半導(dǎo)體的光吸收范圍不同，如圖1.2所示的光催化示意圖。首先，在可見(jiàn)光的照射下，半導(dǎo)體會(huì)俘獲特定波段的入射光，如短波長(zhǎng)的近紫外光，當(dāng)吸取的光量子(hγ)滿足“hγ≥Eg”時(shí)，VB上的電子便被誘導(dǎo)掙脫軌道束縛向CB躍遷，從而分別在CB和VB上產(chǎn)生了光生e--h+對(duì)，統(tǒng)稱為光生載流子。接著，光生e--h+對(duì)分別從CB和VB上發(fā)生分離、轉(zhuǎn)移。其中，一部分光生載流子轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體表面(途徑C和D)，另一部分光生載流子由于其電荷的各向異性而通過(guò)庫(kù)倫力相互吸引，在材料表層和內(nèi)部再重組(途徑A和B)，但重組時(shí)會(huì)產(chǎn)生熒光或熱輻射而損失能量。最后，流體體相中的反應(yīng)物或溶劑小分子經(jīng)過(guò)擴(kuò)散并附著到半導(dǎo)體表面，此時(shí)，當(dāng)吸附在表面可接受電子的受體物質(zhì)的電勢(shì)比半導(dǎo)體的CB電勢(shì)更正，以及吸附在表面可供給電子的給體物質(zhì)的電勢(shì)比VB電勢(shì)更負(fù)時(shí)，半導(dǎo)體表面便可發(fā)生氧化還原反應(yīng)，最終生成的產(chǎn)物再通過(guò)擴(kuò)散回到流體體相中圖1.2半導(dǎo)體光催化示意圖[21,22]Fig.1.2SemiconductorphotocatalyticSchematicillustration[21,22]由此可見(jiàn)，光生e--h+對(duì)的生成和離散在整個(gè)光催化進(jìn)程中承擔(dān)著至關(guān)重要的作用。然而，光生e--h+由于其有效分離-捕獲過(guò)程的速率要遠(yuǎn)低于其發(fā)生復(fù)合的速率，

71.1。并指出了該聚合物的5種晶相構(gòu)型，其具體空間模型如圖1.3所示。表1.1不同結(jié)構(gòu)氮化碳的體彈性模量,結(jié)構(gòu)參數(shù)和能量指數(shù)E0[45]Table1.1Bulkelasticmodulus,structuralparametersandenergyindexofcarbonnitridewithdifferentstructures[45]結(jié)構(gòu)α-C3N4β-C3N4c-C3N4p-C3N4g-C3N4體彈性模量/GPa425451496448—空間群P31c(159)P3(143)I43d(220)P42m(111)P6m2(187)原子密度ρ/cm30.27260.27240.29570.28570.1776晶格常數(shù)a/nm0.646650.640670.539730.342320.47420c/nm0.470970.24041——0.67205E0/eV-1598.669-1598.403-1597.388-1597.225-1598.750研究表明，氮化碳聚合物的5種不同衍生物性質(zhì)各異。其中，僅g-C3N4質(zhì)地疏松，其他四種構(gòu)型的硬度大到可以與金剛石相媲美，甚至硬度比金剛石還大。通常，室溫下的g-C3N4最穩(wěn)定，而β-C3N4最不穩(wěn)定。此外，在一定壓力下，它們還可以通過(guò)相變互相轉(zhuǎn)變，如在12GPa下，g-C3N4就能轉(zhuǎn)變成c-C3N4。因此，多元化形態(tài)的氮化碳材料給予了它寬廣的應(yīng)用空間。多年來(lái)，先后涌現(xiàn)出了各種不同的重要研究成果，尤其是石墨相氮化碳材料，它作為一個(gè)無(wú)金屬的n型半導(dǎo)體，憑借獨(dú)特的光電結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)使其成為一種新型功能材料。特別是在2009年，Wang等[46]發(fā)現(xiàn)g-C3N4可以利用太陽(yáng)光裂解水制氫，至此以后，各國(guó)學(xué)者看到了g-C3N4在清潔能源、光電催化領(lǐng)域的潛在應(yīng)用前景，g-C3N4受到了廣泛重視。圖1.3α-C3N4(a),β-C3N4(b),c-C3N4(c),p-C3N4(d)和g-C3N4(e)的構(gòu)型示意圖Fig.1.3Schematicillustrationofα-C3N4(a),β-C3N4(b),c-C3N4(c),p-C3N4(d)andg-C3N4(e)


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