氮化碳基复合材料的制备及光催化性能的研究
发布时间：2021-02-15 15:19
随着现代化工业的迅速发展,人们对能源的过渡使用和对资源的不恰当利用,使得环境问题日益突出,特别是水资源的污染问题,对人类的生命健康造成了极大的威胁。为了积极保护和改善环境,我们必须研发绿色技术,使用清洁能源,对现存环境污染物进行治理。半导体光催化技术具有高效、价廉、环境友好等优点,在环境保护与水处理技术方面具有突出的优势,因此利用半导体光催化技术治理环境污染物的是改善环境问题的有效方案。最近,石墨相氮化碳（g-C3N4）因其不含金属,具有独特的电学、光学、物理和化学性能,特别是光催化性能引起了科研人员的普遍关注。然而,g-C3N4具有较高的光生载流子复合率和较低的电荷迁移率,很大程度上限制了其光催化活性。为了提高g-C3N4的光催化活性,研究者提出了许多有效策略,例如元素掺杂、半导体复合和形貌转换等。本文以g-C3N4为研究对象,旨在将g-C3N4与另一种能带结构相匹配...
【文章来源】：西华师范大学四川省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CH/ZnO和CH/Ce-ZnO光催化降解M.G的原理图
第1章绪论3Z-型反蛋白石CN/BiOBr（IOCN/BiOBr）、Co掺杂和Fe3O4量子点修饰的g-C3N4（Fe3O4-QDS@Co-CN）和三维质子化g-C3N4/BiOBr（3Dpg-C3N4/BiOBr）等光催化剂已被用于抗生素污染物的降解[13,14,23]。图1-2可见光下BiVO4@Fe2O3光催化产H2的Z方案机理示意图Fig.1-2SchematicillustrationofZ-schememechanismforphotocatalyticH2evolutionoverBiVO4@Fe2O3undervisiblelight（2）光催化分解水产氢随着工业化和人口的增加，不可再生能源（煤、石油和天然气）日益枯竭，这促使社会寻求可再生和清洁能源。氢由于其清洁、低成本和高能密度，被认为是取代传统化石燃料的最有潜力的候选燃料之一[24]。自从1972年藤岛和本田首次发现TiO2半导体可以分裂水产生氢气和氧气以来，许多研究都集中在开发具有理想的光催化析氢活性的新型光催化剂[25]。例如在F掺杂在SnO2（FTO）玻璃衬底上生长的氢化ZnO纳米棒阵列(NRAs)具有高效光催化析氢性能[26]。Shen等人首次提出了在α-Fe2O3NSs上原位生长CdSNSs，形成的二维/二维（2D/2D）Z方案光催化剂2D/2DCdS/α-Fe2O3实现了高效的光催化析H2[27]。有序介孔黑色TiO2（OMBT）材料具有良好的光催化析氢性能[28]。核壳结构的BiVO4@Fe2O3异质结在可见光下通过CB的提升实现了光催化析氢[29]（图1-2）。值得注意的是，Wang等人设计并合成的一种新型ZnS-ZnO异质结，在裂解纯水的过程中不仅表现出有效的产H2能力，在以Pt为助催化剂时还显示出良好的产O2的能力[30]。（3）还原CO2制备碳氢化合物化石燃料的燃烧使能源大幅度减少，并产生大量的二氧化碳，导致化石燃料短缺和严重的环境问题，威胁到可持续的社会和经济发展。将CO2转化为甲烷、
第1章绪论4利用光催化剂将太阳能转化为化学能是一种特别有前途的CO2转化方法。在此，报道了Au/Cu合金纳米粒子（NPs）修饰的超薄多孔g-C3N4NSs用于光热催化CO2还原成乙醇[31]（如图1-3）。g-C3N4/Ag/AgCl/BiVO4在碱活化下对CO2选择性光催化还原为CH4的具有高电荷转移响应[32]。先前报道了通过AgX(X=Cl,Br)/pg-C3N4在H2O蒸汽存在下将CO2还原为CH4[33]。此外，氧化锌还原的氧化石墨烯纳米复合材料（ZnO-rGO）极大地提高了ZnO在可见光下将CO2转化为甲醇(CH3OH)的光催化性能[34]。新型分层石墨烯-Zn0.5Cd0.5S(xG-ZCS)纳米复合材料具有较好的光催化CO2还原为CH3OH的活性[35]。图1-3CO2通过AuCu/g-C3N4纳米复合催化剂向乙醇转化的PTCR拟定原理图Fig.1-3SchematicillustratingtheproposedPTCRconversionofCO2toethanolviatheAuCu/g-C3N4nanocompositecatalyst（4）光催化有机合成有机合成技术在当今的化学工程中起着极其重要的作用。半导体光催化剂除了具有光催化降解有机物的传统功能以外，还可以选择性地合成一些有机物。与传统的有机物合成方法相比，半导体光催化合成在反应条件、副反应控制和操作方便等方面具有明显的优越性。通过优化光催化体系，可以实现目标产物的选择性合成，为有机合成提供了一种绿色、节能的方法[36]。因此，Feng等人构建了双金属NPsAu-Pd修饰的ZnIn2S4NSs光催化剂，并应用于芳香醇的光催化选择性
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZnIn2S4@CNO多级纳米片用于光催化分解水制氢和还原CO2（英文）[J]. 祝凯,欧阳杰,曾黔,孟苏刚,滕伟,宋艳华,唐盛,崔言娟. Chinese Journal of Catalysis. 2020(03)
[2]2D-2D CdS/Cu7S4层状异质结高效可见光光催化产氢（英文）[J]. 任豆豆,沈荣晨,姜志民,鲁信勇,李鑫. Chinese Journal of Catalysis. 2020(01)
[3]基于杨木模板的二氧化钛制备及其甲醛降解性能研究[J]. 袁弟亮,刘玉,王巍聪,高力娇,程进. 林业工程学报. 2020(01)
[4]pH值对SnO2/ZnO形貌及光催化性能的影响[J]. 于艳,姚秉华,曹宝月,马薇,杨璇. 硅酸盐学报. 2019(06)
[5]MoS2/g-C3N4纳米纤维光催化降解柴油机苯系排放污染物[J]. 晋兵营,胡明江. 环境科学学报. 2019(06)
[6]二元碱金属共掺杂石墨相氮化碳的制备及光催化性能评价[J]. 梁红玉,邹赫,胡绍争,李建中,田彦文. 材料导报. 2018(24)
[7]Zn0.8Cd0.2S-乙二胺杂化固溶体光催化剂的制备及其催化制氢性能[J]. 桑换新,葛永慧,刘兴静,王振力. 化学通报. 2018(04)
[8]高效光解水光电极设计的研究进展（英文）[J]. Zhiliang Wang,Lianzhou Wang. 催化学报. 2018(03)
[9]g-C3N4-W18O49复合光催化剂的制备及其光催化机理研究[J]. 李海涛,王茗. 人工晶体学报. 2018(01)
[10]2D/1D复合材料C3N4/CdS的构筑及其光催化制氢性能研究[J]. 王浩,赵艺蒙,王愉雄,陈芳艳,崔言娟. 功能材料. 2017(07)
博士论文
[1]二硫化钼基光催化剂的制备及产氢性能研究[D]. 张书渠.湖南大学 2018
硕士论文
[1]高效石墨相氮化碳的绿色制备及其光催化降解有机污染物性能研究[D]. 宋雪平.西华师范大学 2018
[2]氮化碳基光催化材料的制备及其光催化性能研究[D]. 刘秋霞.西华师范大学 2018
[3]BiOX（X=CI、Br、I）NaBiO3异质结型半导体光催化剂的制备和表征[D]. 王浩人.东北石油大学 2014
本文编号：3035078
【文章来源】：西华师范大学四川省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CH/ZnO和CH/Ce-ZnO光催化降解M.G的原理图
第1章绪论3Z-型反蛋白石CN/BiOBr（IOCN/BiOBr）、Co掺杂和Fe3O4量子点修饰的g-C3N4（Fe3O4-QDS@Co-CN）和三维质子化g-C3N4/BiOBr（3Dpg-C3N4/BiOBr）等光催化剂已被用于抗生素污染物的降解[13,14,23]。图1-2可见光下BiVO4@Fe2O3光催化产H2的Z方案机理示意图Fig.1-2SchematicillustrationofZ-schememechanismforphotocatalyticH2evolutionoverBiVO4@Fe2O3undervisiblelight（2）光催化分解水产氢随着工业化和人口的增加，不可再生能源（煤、石油和天然气）日益枯竭，这促使社会寻求可再生和清洁能源。氢由于其清洁、低成本和高能密度，被认为是取代传统化石燃料的最有潜力的候选燃料之一[24]。自从1972年藤岛和本田首次发现TiO2半导体可以分裂水产生氢气和氧气以来，许多研究都集中在开发具有理想的光催化析氢活性的新型光催化剂[25]。例如在F掺杂在SnO2（FTO）玻璃衬底上生长的氢化ZnO纳米棒阵列(NRAs)具有高效光催化析氢性能[26]。Shen等人首次提出了在α-Fe2O3NSs上原位生长CdSNSs，形成的二维/二维（2D/2D）Z方案光催化剂2D/2DCdS/α-Fe2O3实现了高效的光催化析H2[27]。有序介孔黑色TiO2（OMBT）材料具有良好的光催化析氢性能[28]。核壳结构的BiVO4@Fe2O3异质结在可见光下通过CB的提升实现了光催化析氢[29]（图1-2）。值得注意的是，Wang等人设计并合成的一种新型ZnS-ZnO异质结，在裂解纯水的过程中不仅表现出有效的产H2能力，在以Pt为助催化剂时还显示出良好的产O2的能力[30]。（3）还原CO2制备碳氢化合物化石燃料的燃烧使能源大幅度减少，并产生大量的二氧化碳，导致化石燃料短缺和严重的环境问题，威胁到可持续的社会和经济发展。将CO2转化为甲烷、
第1章绪论4利用光催化剂将太阳能转化为化学能是一种特别有前途的CO2转化方法。在此，报道了Au/Cu合金纳米粒子（NPs）修饰的超薄多孔g-C3N4NSs用于光热催化CO2还原成乙醇[31]（如图1-3）。g-C3N4/Ag/AgCl/BiVO4在碱活化下对CO2选择性光催化还原为CH4的具有高电荷转移响应[32]。先前报道了通过AgX(X=Cl,Br)/pg-C3N4在H2O蒸汽存在下将CO2还原为CH4[33]。此外，氧化锌还原的氧化石墨烯纳米复合材料（ZnO-rGO）极大地提高了ZnO在可见光下将CO2转化为甲醇(CH3OH)的光催化性能[34]。新型分层石墨烯-Zn0.5Cd0.5S(xG-ZCS)纳米复合材料具有较好的光催化CO2还原为CH3OH的活性[35]。图1-3CO2通过AuCu/g-C3N4纳米复合催化剂向乙醇转化的PTCR拟定原理图Fig.1-3SchematicillustratingtheproposedPTCRconversionofCO2toethanolviatheAuCu/g-C3N4nanocompositecatalyst（4）光催化有机合成有机合成技术在当今的化学工程中起着极其重要的作用。半导体光催化剂除了具有光催化降解有机物的传统功能以外，还可以选择性地合成一些有机物。与传统的有机物合成方法相比，半导体光催化合成在反应条件、副反应控制和操作方便等方面具有明显的优越性。通过优化光催化体系，可以实现目标产物的选择性合成，为有机合成提供了一种绿色、节能的方法[36]。因此，Feng等人构建了双金属NPsAu-Pd修饰的ZnIn2S4NSs光催化剂，并应用于芳香醇的光催化选择性
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZnIn2S4@CNO多级纳米片用于光催化分解水制氢和还原CO2（英文）[J]. 祝凯,欧阳杰,曾黔,孟苏刚,滕伟,宋艳华,唐盛,崔言娟. Chinese Journal of Catalysis. 2020(03)
[2]2D-2D CdS/Cu7S4层状异质结高效可见光光催化产氢（英文）[J]. 任豆豆,沈荣晨,姜志民,鲁信勇,李鑫. Chinese Journal of Catalysis. 2020(01)
[3]基于杨木模板的二氧化钛制备及其甲醛降解性能研究[J]. 袁弟亮,刘玉,王巍聪,高力娇,程进. 林业工程学报. 2020(01)
[4]pH值对SnO2/ZnO形貌及光催化性能的影响[J]. 于艳,姚秉华,曹宝月,马薇,杨璇. 硅酸盐学报. 2019(06)
[5]MoS2/g-C3N4纳米纤维光催化降解柴油机苯系排放污染物[J]. 晋兵营,胡明江. 环境科学学报. 2019(06)
[6]二元碱金属共掺杂石墨相氮化碳的制备及光催化性能评价[J]. 梁红玉,邹赫,胡绍争,李建中,田彦文. 材料导报. 2018(24)
[7]Zn0.8Cd0.2S-乙二胺杂化固溶体光催化剂的制备及其催化制氢性能[J]. 桑换新,葛永慧,刘兴静,王振力. 化学通报. 2018(04)
[8]高效光解水光电极设计的研究进展（英文）[J]. Zhiliang Wang,Lianzhou Wang. 催化学报. 2018(03)
[9]g-C3N4-W18O49复合光催化剂的制备及其光催化机理研究[J]. 李海涛,王茗. 人工晶体学报. 2018(01)
[10]2D/1D复合材料C3N4/CdS的构筑及其光催化制氢性能研究[J]. 王浩,赵艺蒙,王愉雄,陈芳艳,崔言娟. 功能材料. 2017(07)
博士论文
[1]二硫化钼基光催化剂的制备及产氢性能研究[D]. 张书渠.湖南大学 2018
硕士论文
[1]高效石墨相氮化碳的绿色制备及其光催化降解有机污染物性能研究[D]. 宋雪平.西华师范大学 2018
[2]氮化碳基光催化材料的制备及其光催化性能研究[D]. 刘秋霞.西华师范大学 2018
[3]BiOX（X=CI、Br、I）NaBiO3异质结型半导体光催化剂的制备和表征[D]. 王浩人.东北石油大学 2014
本文编号：3035078
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