發(fā)布時(shí)間：2021-03-07 04:42

　　光催化技術(shù)在環(huán)境污染治理方面展現(xiàn)出極大的應(yīng)用價(jià)值,類石墨相氮化碳（g-C₃N₄,下文寫(xiě)作CN）是一種新型的半導(dǎo)體光催化劑,具有較高的光催化活性和穩(wěn)定性,被廣泛應(yīng)用于光催化處理環(huán)境污染。然而CN的禁帶寬度（Eg=2.7eV）使其可見(jiàn)光吸收范圍受限,光生載流子的分離效率較低,影響了自身的光催化活性。為提高CN的光催化活性,本文著力于對(duì)CN進(jìn)行以下研究:（1）制備Bi₂S₃/g-C₃N₄半導(dǎo)體復(fù)合材料;（2）制備NaBiO₃/g-C₃N₄半導(dǎo)體復(fù)合材料;（3）NH₄Cl輔助調(diào)控改性CN。運(yùn)用XRD,FT-IR,SEM,TEM,XPS,BET,PL,UV-visDRS等表征手段對(duì)改性后催化劑的微觀結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析,采用液相測(cè)試手段評(píng)價(jià)其光催化性能,主要工作內(nèi)容如下:（1）微波合成Bi₂S₃/g-C₃N

【文章來(lái)源】：重慶工商大學(xué)重慶市

【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

半導(dǎo)體光催化原理示意圖

重慶工商大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1.2CN的兩種可能的化學(xué)結(jié)構(gòu)：三嗪（a）和三-s-三嗪（b）結(jié)構(gòu)Fig.1.2TwopossiblechemicalstructuresofCN:1-3-s-triazines(a)andtris-s-triazines（b）[37].1.4.2類石墨相氮化碳的改性方法CN催化劑一般是由氰酰亞胺、三聚氰胺、尿素或二氰二胺等有機(jī)化合物為前軀體一步熱聚合而成。CN的發(fā)現(xiàn)為處理環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題帶來(lái)了極大的應(yīng)用價(jià)值，但是目前所制備的純CN由于形貌和結(jié)構(gòu)的因素，導(dǎo)致其光生電子-空穴的分離效率不高，從而不能高效地進(jìn)行光催化反應(yīng)[38]。為提高CN的光催化活性，研究者們對(duì)CN進(jìn)行了大量改性工作，主要從以下幾方面進(jìn)行：（1）元素?fù)诫s。對(duì)CN的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控能夠促進(jìn)光生載流子的分離效率，提高光催化活性，通過(guò)對(duì)CN進(jìn)行元素?fù)诫s正是基于該理論。元素?fù)诫s包括兩類：金屬摻雜和非金屬摻雜。Fe[39]、Zn[40]、Cu、Ni等金屬元素被廣泛用于摻雜CN，Jing等[41]通過(guò)熱處理工藝將Ni-Cu雙金屬納米顆粒成功地固定在CN納米片的表面，與純CN相比，原位引入Ni-Cu后，雙金屬Ni-Cu的優(yōu)異電導(dǎo)率以及Ni-Cu與CN之間的緊密界面接觸對(duì)于提高電荷轉(zhuǎn)移速率可以顯著提高光催化制氫性能，提供了一種將Ni-Cu雙金屬納米粒子原位加載到CN上的新方法。Wang等[42]以金屬基活性離子液體FeCl4為原料，多次煅燒制備了Fe基離子液體摻雜CN光催化劑，將Fe3+被摻雜到CN的骨架中。鐵摻雜量顯著加速光生載流子的分離，提高了可見(jiàn)光催化活性。同樣，非金屬元素?fù)诫s改性CN也有大量研究，如C[43]、N[44]、O、P、S等。Liu等[45]證明了CN通過(guò)熱合成可以同時(shí)與S、P和O非金屬原子共摻雜，剝落成超薄的2D納米片。第一性原理計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，在CN骨架中元素?fù)诫s后，S原子占據(jù)了中間原子位置，P原子和O原子分別

重慶工商大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖1.3p型SnSeNPs和n型g-C3N4復(fù)合材料形成p-n結(jié)的示意圖（a），SnSe/g-C3N4納米復(fù)合材料降解染料分子的光催化機(jī)理原理圖（b）。Fig.1.3Schematicofthep-njunctionformationbyp-typeSnSeNPsandn-typeg-C3N4composites(a).SchematicofthephotocatalyticmechanismtodegradedyemoleculesbytheSnSe/g-C3N4nanocomposites(b)[55].（4）微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控。對(duì)CN進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控的研究近年來(lái)成為熱點(diǎn)，對(duì)其形貌進(jìn)行調(diào)控可以改變比表面積和孔容，從而提高光催化活性，例如納米管、納米棒、二維納米片、多孔結(jié)構(gòu)等形貌調(diào)控現(xiàn)已有大量研究。BathulaBabu等[56]一步成功地制備了多孔和二維CN納米片，與塊狀CN相比，二維納米片狀結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，能夠?yàn)楣獯呋磻?yīng)提供更多的活性位點(diǎn)，有助于提高光催化活性。通過(guò)對(duì)CN進(jìn)行缺陷調(diào)控可以改變其結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，使其具有更寬的可見(jiàn)光吸收范圍，降低電子-空穴的復(fù)合效率，提高光催化活性。Hong等[57]以硫代硫酸銨為弱氧化劑，用簡(jiǎn)便的水熱法成功地將氮缺陷引入到CN中。缺陷化學(xué)和光電化學(xué)結(jié)合改進(jìn)CN的電子結(jié)構(gòu)，使氮缺陷CN催化劑具有以往相似的晶相組成、尺寸區(qū)分和比表面積，同時(shí)具有較寬的可見(jiàn)光吸收光譜。Li等[58]通過(guò)將CN在CO2氣氛中進(jìn)行煅燒，成功地將碳空位引入到CN中，碳空位導(dǎo)致g-C3N4的結(jié)構(gòu)特征和物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，比表面積和孔體積的變化提高了光催化活性。1.4.3改性類石墨相氮化碳的應(yīng)用隨著現(xiàn)代工業(yè)和農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，幾十年來(lái)大量有毒有害污染物被排放到環(huán)境中，嚴(yán)重威脅到人類的生存與生態(tài)平衡。CN為聚合物層狀催化材料，其結(jié)構(gòu)與石墨烯相似。目前，CN在光催化處理環(huán)境污染和能源轉(zhuǎn)換方面的應(yīng)用很多。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Mg/O共同修飾無(wú)定形氮化碳的獨(dú)特電子結(jié)構(gòu)增強(qiáng)光催化對(duì)四環(huán)素鹽酸鹽的降解（英文）[J]. 吳曉璐,傅敏,盧鵬,任秋燕,汪成.  催化學(xué)報(bào). 2019(05)
[2]MoS2/Bi2S3異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備及其光催化性能[J]. 王永劍,張亮,趙朝成,劉宗梅,郭銳,韓建鵬.  化工環(huán)保. 2018(03)
[3]g-C3N4/Bi2S3復(fù)合物的制備及可見(jiàn)光催化降解MO[J]. 張志貝,李小明,陳飛,楊麒,鐘宇,徐秋翔,楊偉強(qiáng),李志軍,陳尋峰,謝偉強(qiáng).  環(huán)境科學(xué). 2016(06)
[4]p-n異質(zhì)結(jié)型光催化劑BiOBr/NaBiO3的制備與可見(jiàn)光催化活性[J]. 姬磊,王浩人,于瑞敏.  高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào). 2014(10)



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