基于石墨相氮化碳光催化材料的制备及其光催化性能研究
发布时间：2020-12-11 20:43
随着科技的不断进步和工业的快速发展,能源匮乏和环境污染问题变得日益严重。光催化技术由于利用取之不尽,用之不竭、经济安全、环境友好等特点的太阳能,在解决能源短缺和环境污染问题两方面有着非常广阔的应用前景。光催化剂g-C3N4由于其制备简单、原料廉价、物理化学稳定性高、合适的禁带宽度等优点成为当前光催化剂领域研究的热点。但是纯的g-C3N4因为存在光生电子和空穴的复合率高,量子效率低等缺点,导致其光催化性能较差。基于此,本文通过对g-C3N4进行改性,从而达到提高g-C3N4光催化性能的效果。具体开展的研究工作如下:1、高比表面积g-C3N4纳米片的制备及光催化降解污染物性能研究。以三聚氰胺和氯化铵为前驱体,探究氯化铵和三聚氰胺的质量之比对产物光催化活性的影响。结果显示,当氯化铵与三聚氰胺的质量之比为4:1时,所制备的g-C3N4...
【文章来源】：西华师范大学四川省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化反应机理图
第1章绪论3的处理污染物的技术。在光催化降解有机染料的过程中，e-和O2反应生成超氧负离子自由基（·O2-）；h+不仅可以直接氧化分解有机物，还可以与水反应生成羟基自由基（·OH）[38]。具体反应如公式1-11-10。Photocatalyst+hPhotocatalyst+h++e-（1-1）h++OH-·OH（1-2）h++H2O·OH+H+（1-3）e-+O2·O2-（1-4）2H++O2+2e-H2O2（1-5）H2O2+·O2-OH-+·OH+O2（1-6）H2O2+e-OH-+·OH（1-7）Organicpollutants+·OH/·O2-Intermediateproducts（1-8）IntermediateproductsCO2+H2O（1-9）Organicpollutants+h+CO2+H2O（1-10）光催化降解污染物的机理如图1-2所示。从图中可以分析出，当光催化剂具备光生电子-空穴对的分离速率快，电子和空穴的复合速率慢，催化剂在降解污染物时就能表现出优异的光催化性能。图1-2光催化降解污染物机理图Fig.1-2Mechanismdiagramofphotocatalyticdegradationpollutants1.2.3半导体光解水近年来，能源危机一直是人口增长和工业化面临的巨大挑战之一。目前，世界上的能源主要来自于不可再生能源（如：煤炭，化石燃料，汽油，石油等）。而这些能源在使用过程中会排放出大量的有害物质，造成严重的环境问题。更重要的是，这些能源在不远的将来会被消耗殆荆有相关报告指出，到2050年，世界所需能源大约是现在能源供应量的两倍[4]。因此，现在亟需开发清洁、可再生的新型能源来
径是以化石燃料为原料经过热化学的方法制取的，但是化石燃料是不可再生的能源且在燃烧过程中会对环境造成污染。因此，需要一种新型的技术来制备氢气。在目前的研究中，光催化制氢技术因其在使用过程中不会产生污染、安全、经济且高效的特点，被认为是一种有吸引力且可持续发张的技术[41,42]。在光催化分解水的过程中，水通过还原反应生成氢气，通过氧化反应生成氧气[4,43]。具体反应如公式1-111-13。2H++2e-H2,E=-0.41eV（1-11）2H2OO2+4H+,E=+0.82eV（1-12）H2O1/2O2+H2,E=1.23eV（1-13）光催化分解水产氢产氧的机理如图1-3所示。从图中可以分析出，（1）CB的位置必须比标准氢电极的还原电位更负，VB的位置必须比标准氢电极的氧化电位更正；（2）催化剂的禁带宽度必须大于水的裂解电压（1.23eV）。图1-3光催化分解水机理图Fig.1-3Mechanismdiagramofphotocatalyticwatersplitting1.2.4二氧化碳还原正如前文所言，随着人们生活水平的日益提高，对化石能源的消耗也持续增加，然而化石燃料的过度消耗会导致能源危机问题以及产生的CO2会导致温室效应等问题[44,45]。那么如何将CO2从有害的物质转变为有用的物质已成为大家亟需解决的问题。众所周知，CO2是一种线性分子，其分子结构决定了该分子具有稳定的化学性质。因此，在还原CO2的过程中，需要大量的能量来使C=O键断裂。一般情况下，CO2的去除能够通过光催化还原、催化加氢还原和电化学还原等化学方法。从绿色植物的光合作用得到启发，CO2通过光催化转化为有用的能源被认为是解决化石能源匮乏和减缓温室气体效应的有效途径之一。研究表明，光催化还原CO2的效率主
【参考文献】：
期刊论文
[1]Constructing highly dispersed 0D Co3S4 quantum dots/2D g-C3N4 nanosheets nanocomposites for excellent photocatalytic performance[J]. Hongcen Yang,Jiangmei Yin,Ruya Cao,Pengxiao Sun,Shouwei Zhang,Xijin Xu. Science Bulletin. 2019(20)
[2]g-C3N4界面改性:掺杂金属硫化物构建新型异质结光催化剂的能源转换展望（英文）[J]. 任亦杰,曾德乾,Wee-Jun Ong. 催化学报. 2019(03)
本文编号：2911192
【文章来源】：西华师范大学四川省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化反应机理图
第1章绪论3的处理污染物的技术。在光催化降解有机染料的过程中，e-和O2反应生成超氧负离子自由基（·O2-）；h+不仅可以直接氧化分解有机物，还可以与水反应生成羟基自由基（·OH）[38]。具体反应如公式1-11-10。Photocatalyst+hPhotocatalyst+h++e-（1-1）h++OH-·OH（1-2）h++H2O·OH+H+（1-3）e-+O2·O2-（1-4）2H++O2+2e-H2O2（1-5）H2O2+·O2-OH-+·OH+O2（1-6）H2O2+e-OH-+·OH（1-7）Organicpollutants+·OH/·O2-Intermediateproducts（1-8）IntermediateproductsCO2+H2O（1-9）Organicpollutants+h+CO2+H2O（1-10）光催化降解污染物的机理如图1-2所示。从图中可以分析出，当光催化剂具备光生电子-空穴对的分离速率快，电子和空穴的复合速率慢，催化剂在降解污染物时就能表现出优异的光催化性能。图1-2光催化降解污染物机理图Fig.1-2Mechanismdiagramofphotocatalyticdegradationpollutants1.2.3半导体光解水近年来，能源危机一直是人口增长和工业化面临的巨大挑战之一。目前，世界上的能源主要来自于不可再生能源（如：煤炭，化石燃料，汽油，石油等）。而这些能源在使用过程中会排放出大量的有害物质，造成严重的环境问题。更重要的是，这些能源在不远的将来会被消耗殆荆有相关报告指出，到2050年，世界所需能源大约是现在能源供应量的两倍[4]。因此，现在亟需开发清洁、可再生的新型能源来
径是以化石燃料为原料经过热化学的方法制取的，但是化石燃料是不可再生的能源且在燃烧过程中会对环境造成污染。因此，需要一种新型的技术来制备氢气。在目前的研究中，光催化制氢技术因其在使用过程中不会产生污染、安全、经济且高效的特点，被认为是一种有吸引力且可持续发张的技术[41,42]。在光催化分解水的过程中，水通过还原反应生成氢气，通过氧化反应生成氧气[4,43]。具体反应如公式1-111-13。2H++2e-H2,E=-0.41eV（1-11）2H2OO2+4H+,E=+0.82eV（1-12）H2O1/2O2+H2,E=1.23eV（1-13）光催化分解水产氢产氧的机理如图1-3所示。从图中可以分析出，（1）CB的位置必须比标准氢电极的还原电位更负，VB的位置必须比标准氢电极的氧化电位更正；（2）催化剂的禁带宽度必须大于水的裂解电压（1.23eV）。图1-3光催化分解水机理图Fig.1-3Mechanismdiagramofphotocatalyticwatersplitting1.2.4二氧化碳还原正如前文所言，随着人们生活水平的日益提高，对化石能源的消耗也持续增加，然而化石燃料的过度消耗会导致能源危机问题以及产生的CO2会导致温室效应等问题[44,45]。那么如何将CO2从有害的物质转变为有用的物质已成为大家亟需解决的问题。众所周知，CO2是一种线性分子，其分子结构决定了该分子具有稳定的化学性质。因此，在还原CO2的过程中，需要大量的能量来使C=O键断裂。一般情况下，CO2的去除能够通过光催化还原、催化加氢还原和电化学还原等化学方法。从绿色植物的光合作用得到启发，CO2通过光催化转化为有用的能源被认为是解决化石能源匮乏和减缓温室气体效应的有效途径之一。研究表明，光催化还原CO2的效率主
【参考文献】：
期刊论文
[1]Constructing highly dispersed 0D Co3S4 quantum dots/2D g-C3N4 nanosheets nanocomposites for excellent photocatalytic performance[J]. Hongcen Yang,Jiangmei Yin,Ruya Cao,Pengxiao Sun,Shouwei Zhang,Xijin Xu. Science Bulletin. 2019(20)
[2]g-C3N4界面改性:掺杂金属硫化物构建新型异质结光催化剂的能源转换展望（英文）[J]. 任亦杰,曾德乾,Wee-Jun Ong. 催化学报. 2019(03)
本文编号：2911192
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