石墨相氮化碳結(jié)構(gòu)調(diào)控及其光催化性能增強.pdf

1、作為一種新型非金屬聚合物半導體光催化材料——石墨相氮化碳（g-C3N4），因其良好的化學穩(wěn)定性，合適的光學帶隙，生物無毒性，環(huán)境友好性以及制備方法廉價等優(yōu)點，引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。但是，原始氮化碳（bulk g-C3N4）光催化劑依然存在著許多不足，比如較低的比表面積，不理想的電傳導能力以及較高的光生載流子復合率，使其量子效率低下而不能廣泛的應用于實際光催化領(lǐng)域。本文希望通過表面改性，摻雜與復合等手段，促進g-C3N4中光生電荷與

2、空穴的分離度，延長載流子壽命，進而設(shè)計出具有高光催化能力的改性氮化碳光催化納米材料。本文的主要研究工作為以下兩個方面：
　　第一部分，我們探究了原始氮化碳光催化材料的降解機理，以羅丹明B和苯酚為探針，在反應體系中加酸（H2SO4或HF）進行H+的調(diào)控，以猝滅實驗來確定g-C3N4降解中的活性中間物種。結(jié)果發(fā)現(xiàn)酸性介質(zhì)中，g-C3N4降解RhB活性得到了極大的提高，反應過程中的主要活性中間物種(ROSs)是O2?-。通過研究酸化前后

3、g-C3N4的粉末熒光光譜(PL)變化，我們認為，酸性介質(zhì)中，由于質(zhì)子與g-C3N4表面堿性基團作用而質(zhì)子化，從而在g-C3N4中形成一個比體相能級低約0.3eV的表面亞能級，亞能級有利于光生電子的定向遷移，從而延長g-C3N4中載流子的壽命，使更多的激發(fā)e-與吸附O2形成O2?-，從而提高g-C3N4的光催化活性。
　　第二部分，我們將前驅(qū)體二氰二胺與直接燃燒氧化法制備得到的碳點(C-dots)混合煅燒，成功制備了C-dots/

4、C3N4復合光催化材料。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著C-dots的修飾量增加，g-C3N4的光降解RhB和產(chǎn)氫效率呈現(xiàn)出先增加后降低的變化，當C-dots/C3N4中C-dots修飾量約為0.25％時具有最高的光催化活性，是原始g-C3N4光活性的3倍以上。熒光光譜(PL)和表面光電壓能譜(SPS)表明，C-dots的修飾能有效提高C-dots/C3N4體系中的載流子的分離，然而過量的C-dots則會在g-C3N4表面的載流子復合位點，不利于其光活性

5、的提高。
　　第三部分，探索了密閉體系合成g-C3N4的方法，使催化劑產(chǎn)率得以大大提高，結(jié)果表明，在密封環(huán)境下制備的g-C3N4，隨著煅燒溫度的升高，g-C3N4的可見光產(chǎn)H2性能呈現(xiàn)出現(xiàn)升高后降低的趨勢，在575℃下密封環(huán)境制備的g-C3N4具有最佳的產(chǎn)H2效率。隨后進行了光電化學表征，發(fā)現(xiàn)在密封環(huán)境下煅燒的g-C3N4可見光吸收性能逐漸增強，因此，我們推測密封環(huán)境能促進g-C3N4中氮的自摻雜，在g-C3N4能帶結(jié)構(gòu)中引入摻雜