發(fā)布時(shí)間：2020-10-25 08:01

　　 自1970s以來,光催化技術(shù)由于能夠利用太陽光轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,降解污染物,分解水制氫、產(chǎn)氧等用途,從而成為解決能源和環(huán)境問題的有效途徑之一。新型可見光催化材料氮化碳g-C3N4(GCN),具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和可調(diào)的電子結(jié)構(gòu)。單個(gè)塊體GCN量子效率低,光生電子(e-)和空穴(h+)復(fù)合率高,影響其光催化活性。本文針對GCN存在的不足,利用酸水處理和濃酸熱-析出處理的方法,提高其比表面積,增加活性位點(diǎn),并選擇二維氧化石墨烯與功能化的GCN通過自組裝的方式復(fù)合形成GCN基催化劑,在此基礎(chǔ)上將氧化石墨烯(GO)還原為還原氧化石墨烯(rGO),從而降低它們光生載流子的復(fù)合效率,提高光催化活性。主要研究內(nèi)容如下:1、GCN的功能化處理(1)采用HNO3與H2SO4酸處理和水熱處理的方法,制備出多孔質(zhì)子化GCN(pGCN)。與GCN相比,pGCN比表面積增加(為82.76m2g-1),表面活性位點(diǎn)增加,能帶隙為2.91eV,對可見光有良好響應(yīng),質(zhì)子化后的GCN表面對光生載流子的傳遞有利。此外,pGCN的光催化活性明顯高于GCN。(2)采用濃H2SO4冷凝回流恒溫?zé)崽幚淼姆椒?制備出GCN/H2SO4溶液,進(jìn)而利用水溶液得到析出GCN(PCN),通過各種表征分析手段對樣品的結(jié)構(gòu)、組成、形貌和光學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行了表征。GCN經(jīng)過溶解以及重新析出后,與GCN相比,其厚度更薄,并引入了 S元素和質(zhì)子,使表面活性位點(diǎn)增加,大大提高了光致e-的分離效率,使光催化活性增大。2、GCN-rGO復(fù)合光催化劑的制備,可以降低光生載流子的復(fù)合效率(1)采用靜電自組裝和微波輔助還原的方法,制備出pGCN-rGO復(fù)合光催化劑。處理后帶正電荷的pGCN有利于與帶負(fù)電荷的GO的相互作用吸引,從而更緊密的結(jié)合在一起。從光學(xué)性質(zhì)可以看出,pGCN-rGO的可見光吸收明顯增強(qiáng),PL強(qiáng)度顯著降低,表明更好的光吸收和更低的電荷復(fù)合速率。此外,pGCN-5wt%rGO復(fù)合催化劑在可見光下表現(xiàn)出更優(yōu)異的光催化降解活性,在可見光照80分鐘后呈現(xiàn)99.4%的降解效率,并且呈現(xiàn)出極好的光催化還原能力,達(dá)到557μmolg-1h-1的產(chǎn)氫速率。(2)首次采用析出自組裝制備出PCN-GO復(fù)合光催化劑,隨后再利用光還原法制備出性能穩(wěn)定的PCN-rGO復(fù)合光催化劑。由于其特殊的析出和自組裝功能,使兩者更好的復(fù)合在一起,促進(jìn)光生載流子的分離。同時(shí)還原石墨烯可以增強(qiáng)材料的電子轉(zhuǎn)移速率和可見光利用率,增強(qiáng)產(chǎn)氫效率,其中樣品PCN-2wt%rGO最高達(dá)到715μmolg-1h-1的產(chǎn)氫速率。
【學(xué)位單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：O643.36;TQ116.2
【部分圖文】：

其中，光激發(fā)的電子和空穴表明，用來光分解原子和碳原子中的。這引起了科學(xué)家們對于ｇ－Ｃ３Ｎ４在于趣。ｇ－Ｃ３Ｎ４光催化劑用于分解水有許多優(yōu)點(diǎn)：１）足夠大解水反應(yīng)的能量條件，４６０ｎｍ的光吸收帶邊，可在可見光導(dǎo)帶位置均在水的氧化還原電位之上，因此，光生電子２，光生空穴具有足夠的氧化能力來氧化水以釋放出０２。３不同，它具有化學(xué)和熱穩(wěn)定性，在分解水反應(yīng)中不受光腐的微觀結(jié)構(gòu)，表面有一定的缺陷，缺陷位的氮原子可作為此，ｇ－Ｃ３Ｎ４被認(rèn)為是優(yōu)秀的無金屬光催化劑，為人造光合計(jì)制備??備及分析??Ｃｙａｎａｍｉｉｋ＊?ＤｉｃｖａｉｕｌｉＨｉｎｉｄｖ?Ｍｃｌｕｍｉｎｅ?Ｔｈｉｏｕｒｅａ?Ｕｒｅａ??

低的電荷轉(zhuǎn)移電阻和高于單體１７倍的光電流。此外，時(shí)間分辨熒光衰減光譜顯示與??塊體ｇ－Ｃ３Ｎ４相比，光致電荷載體的壽命更長。??總之，如圖１－３所示，通過在有機(jī)溶劑或酸或堿性介質(zhì)中進(jìn)行液相剝離或簡單的??熱剝離，可以實(shí)現(xiàn)塊體ｇ－Ｃ３Ｎ４到薄層ｇ－Ｃ３Ｎ４納米片的有效剝離。重要的是，通過這??些簡單的方法可以獲得幾近單層的ｇ－Ｃ３Ｎ４，這可以更好地分析理解ｇ－Ｃ３Ｎ４的物理化??學(xué)性質(zhì)。通常，所得的ｇ－Ｃ３Ｎ４薄層的優(yōu)越性與大的比表面積，改進(jìn)的電子傳遞能力??和提高的電荷分離效率密切相關(guān)。??Ｌｉｑｕｉｄ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ??“?．?Ｗｉｔｈ?ｏｒｇａｎｉｃ?ｓｏｌｖｅｎｔ?ｏｒ?ａｃｉｄ?ｏｒ?ｂａｓｅ，?ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ??．“摩???‘喊辦■翁磁為？?１＇ｈｅｎｎａｌ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ??Ｗｉｔｈ?ｏｒ?ｗｉｔｈｏｕｔ?ｉｎｌｅｒｃｉｉｌａｌｅｄ?ｉｏｎｓ??圖１－３塊體ｇ－Ｃ３Ｎ４到薄層ｇ－Ｃ３Ｎ４納米片剝離示意圖Ｍ??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｒｏｕｔｅｓ?ｆｏｒ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂｕｌｋ?ｇ－ＣｊＮ４?ｔｏ?ａ?ｆｅｗ－ｌａｙｅｒ??ｇ－Ｃ３Ｎ４｜４４１??１．３氮化碳／石墨烯光催化研究??１．３．１石墨烯，氧化石墨烯，還原氧化石墨烯簡介??如圖１－４，石墨烯為蜂窩結(jié)構(gòu)的單層二維晶體材料，由碳原子的ｓｐ２雜化排列形??成。石墨烯具有強(qiáng)度高，物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，良好的導(dǎo)電性，電子間相互作用強(qiáng)烈等優(yōu)點(diǎn)，??其化學(xué)性質(zhì)與石墨類似。石墨中位于同一層面上的碳原子結(jié)合方式采用雜化的共價(jià)??鍵

速獲得氧化程度更高的氧化石墨，可以將混合酸引入反應(yīng)體系，此法制備的氧化石墨??水溶性更好。氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中包含經(jīng)氧化產(chǎn)生的含氧官能團(tuán)以及未被氧化的共軛芳??環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖１－５所示。上面己經(jīng)提到，還原氧化石墨烯是對氧化獲得的石墨氧化物??進(jìn)行脫氧處理得到的產(chǎn)物。采用化學(xué)方法進(jìn)行脫氧處理生成的產(chǎn)物往往會殘留含氧官??能團(tuán)。石墨烯本身不能作為光催化劑，但是部分還原的氧化石墨烯有一定的半導(dǎo)體特??性，從而可以作為可見光下有響應(yīng)的光催化劑。石墨烯優(yōu)良的性能使得其在能源材料，??環(huán)境以及催化劑載體的工業(yè)方面的應(yīng)用前景廣泛。??９??
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 林剛;;新型復(fù)合光催化劑實(shí)現(xiàn)陽光下二氧化碳高效轉(zhuǎn)化[J];低溫與特氣;2008年04期

2 盧利平;;可利用太陽光高效轉(zhuǎn)化的新型復(fù)合光催化劑[J];功能材料信息;2008年04期

3 輝永慶,謝家理,龍素群;新型納米復(fù)合光催化劑的研究[J];四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年03期

4 ;日科學(xué)家開發(fā)出新型復(fù)合光催化劑[J];中國有色金屬;2008年18期

5 ;日科學(xué)家開發(fā)出新型復(fù)合光催化劑[J];電子元件與材料;2009年02期

6 薩嘎拉;解秀娟;斯琴塔娜;張宇;照日格圖;;TiO_2/Fe_3O_4/AC復(fù)合光催化劑的制備及其光催化活性研究[J];內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)漢文版);2009年02期

7 王敏;陳平;熊闖;;聚硅硫酸鈦制備復(fù)合光催化劑及降解甲基橙的研究[J];化學(xué)工程師;2012年03期

8 王巖玲;王俊恩;葛艷秋;;Bi_2Fe_4O_9/TiO_2復(fù)合光催化劑的制備及光催化性能[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2013年07期

9 張新榮,楊平,趙夢月;玻璃微球附載復(fù)合光催化劑降解有機(jī)磷農(nóng)藥[J];鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1999年01期

10 周化嵐;鄒忠;吳莎;施文健;;核殼型復(fù)合光催化劑的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2010年17期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 羅利軍;具有吸附/光催化協(xié)同功能的二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備及去除雙酚A的研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

2 于秀娜;基于抗生素廢水降解的微/納米復(fù)合光催化材料的制備及降解機(jī)理研究[D];江蘇大學(xué);2015年

3 劉棟;二氧化鈦/氮化硼復(fù)合光催化劑的制備及光催化性能的研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2014年

4 徐垚;硫及金屬硫化物—類石墨相氮化碳納米復(fù)合材料的制備,表征及其光催化性能的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

5 桑艷;釩酸鹽及其復(fù)合光催化劑的制備及性能研究[D];安徽師范大學(xué);2015年

6 顧泉;二氧化鈦復(fù)合光催化劑界面異質(zhì)結(jié)光催化作用的分子機(jī)制[D];福州大學(xué);2013年

7 楊俊;鉍基復(fù)合光催化劑的合成及機(jī)理研究[D];重慶大學(xué);2016年

8 徐劍峰;碳材料/貴金屬增強(qiáng)的TiO_2基復(fù)合光催化劑的研究[D];浙江大學(xué);2016年

9 周巖;高效異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的構(gòu)筑及其可見光催化性能研究[D];華東師范大學(xué);2017年

10 陳浪;高效含鉍復(fù)合光催化劑的設(shè)計(jì)、合成與應(yīng)用研究[D];湖南大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 浦晨晨;功能化二維氮化碳與石墨烯復(fù)合光催化劑分解水制氫研究[D];西北大學(xué);2017年

2 王彬彬;不同形貌TiO_2基復(fù)合光催化劑的制備與表征[D];華南理工大學(xué);2015年

3 汪銀洲;可見光響應(yīng)石墨烯/鉍基半導(dǎo)體復(fù)合光催化劑的制備及其性能研究[D];浙江大學(xué);2015年

4 郭冬梅;納米硫化物/K_2La_2Ti_3O_(10)復(fù)合光催化劑的制備及其活性研究[D];河北聯(lián)合大學(xué);2014年

5 邵美怡;納米硫化物負(fù)載K_4Nb_6O_(17)復(fù)合光催化劑的制備及活性研究[D];河北聯(lián)合大學(xué);2014年

6 宋旭;g-C_3N_4/{001}TiO_2復(fù)合光催化劑對NO_x氧化的性能及機(jī)制研究[D];華南理工大學(xué);2015年

7 黎翠;復(fù)合光催化劑TiO_2-乙炔黑的制備及其光催化降解染料廢水研究[D];燕山大學(xué);2015年

8 楊燁;石墨烯基二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備及其對水中17α-乙炔基雌二醇的去除研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

9 李娜;新型復(fù)合光催化劑的制備與性能研究[D];南京信息工程大學(xué);2015年

10 夏閣遙;Fe_30_4/Ag_3P0_4復(fù)合光催化劑處理孔雀石綠的性能研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2015年

本文編號：2855675