石墨相氮化碳的剥离及其在光催化中的应用

发布时间：2017-07-31 18:34

  本文关键词：石墨相氮化碳的剥离及其在光催化中的应用

  更多相关文章： 块体g-C_3N_4 胶体 两性 CdS BiOBr 光催化剂

【摘要】：随着工业的快速发展,能源缺乏和环境污染逐渐成为威胁人类可持续性发展的两大难题。自1972年日本科学家Fujishima发现TiO_2半导体可在光催化领域得到应用以来,光催化技术被认为是解决上述问题的关键。但是,研究表明,较大的禁带宽度导致其只能对紫外光有响应,不能满足人们对其直接利用可见光的需求。最近,人们发现一种新型非金属类石墨氮化碳(g-C_3N_4)材料能在可见光下光解水制氢以及降解有机污染物。但此块体材料存在比表面积低以及光生电子-空穴对复合率较高等不足,其应用得到了很大的限制。因此,制备具有高比表面积、强稳定性、优良的催化活性的g-C_3N_4材料是当前科学家研究的重点。利用热氧化剥离、超声剥离、化学剥离等方法剥离块体g-C_3N_4制备具有高比表面积、高光催化活性的g-C_3N_4纳米片已在国内外有相关报道。本学位论文以块体g-C_3N_4为研究对象,采用化学剥离的方法制备了稳定的胶体,同时利用静电自组装的方法得到了胶体基的复合光催化材料。另外,利用XRD,SEM,TEM,FTIR,UV-vis,PL,XPS等手段对材料进行结构表征和性质测定,并通过降解Rh B、MO、4-氨基苯甲酸(ABA)等有机染料对其可见光活性进行探讨。相关工作如下:1.以三聚氰胺为前驱体,通过高温煅烧的方法制备出了块体g-C_3N_4,借助浓硫酸为剥离试剂结合超声处理制备出了具有高稳定性、两性的氮化碳纳米片胶体。由于制备的胶体具有在酸性条件下表面带正电、碱性条件下表面带负电的特性,该材料可以作为基体构筑单元与客体利用静电自组装制备新型氮化碳复合材料。2.以制备好的块体g-C_3N_4为前驱体,首次利用碱剥离的方法成功获得了高稳定性、高产率的胶体材料。光催化性能相对于块体结构有了提高2.6倍。该制备方法简单,且能获得产率近100%的胶体,可为研究氮化碳胶体基不同形貌的复合材料提供一条有效的途径。3.采用静电自组装的方法,分别以[Cd(NH_3)_4]_2+和Bi OBr作为带正、负电的客体,以不同p H下氮化碳胶体为主体,制备出了Cd S/g-C_3N_4 NSs和Bi OBr/g-C_3N_4 NSs复合材料。研究表明,复合相的光催化性能相较于单一相都有了很大的提高,五次重复性考察后,光催化性能几乎没有降低。
【关键词】：块体g-C_3N_4 胶体 两性 CdS BiOBr 光催化剂
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-35
• 1.1 引言11-12
• 1.2 半导体光催化剂概述12-16
• 1.2.1 光催化原理12-13
• 1.2.2 光催化剂常见应用13-16
• 1.2.2.1 光解水制氢13-14
• 1.2.2.2 降解有机污染物14-15
• 1.2.2.3 还原CO_215-16
• 1.2.3 光催化剂研究现状16
• 1.3 石墨相氮化碳的剥离及其复合材料制备研究概述16-20
• 1.3.1 结构及其性质16-17
• 1.3.2 制备方法17
• 1.3.3 剥离方法17-19
• 1.3.3.1 热氧化剥离18
• 1.3.3.2 超声剥离18
• 1.3.3.3 化学剥离18-19
• 1.3.3.4 其它剥离方法19
• 1.3.4 剥离态g-C_3N_4基复合材料常见应用19-20
• 1.3.4.1 光催化环境治理19-20
• 1.3.4.2 光催化制氢20
• 1.3.4.3 在其它领域应用20
• 1.4 本论文选题依据及主要研究内容20-22
• 1.4.1 本论文选题依据20
• 1.4.2 本论文主要研究内容20-22
• 参考文献22-35
• 第二章 化学剥离法制备两性石墨相氮化碳纳米片胶体及其性能研究35-48
• 2.1 引言35
• 2.2 实验部分35-37
• 2.2.1 主要试剂与仪器35-36
• 2.2.1.1 实验试剂35-36
• 2.2.1.2 实验仪器36
• 2.2.2 石墨相氮化碳的制备及其剥离36-37
• 2.2.2.1 块体g-C_3N_4的制备36
• 2.2.2.2 块体g-C_3N_4的剥离36-37
• 2.2.3 材料的性能测试及表征37
• 2.3 结果与讨论37-43
• 2.3.1 石墨相氮化碳胶体稳定性的表征37-40
• 2.3.2 石墨相氮化碳剥离态纳米片的表征40-43
• 2.3.3 石墨相氮化碳纳米片胶体两性特性的表征43
• 2.4 小结43-45
• 参考文献45-48
• 第三章 碱处理法制备石墨相氮化碳胶体及其光催化性能研究48-64
• 3.1 引言48
• 3.2 实验部分48-50
• 3.2.1 主要试剂与仪器48-49
• 3.2.1.1 实验试剂48-49
• 3.2.1.2 实验仪器49
• 3.2.2 石墨相氮化碳胶体的制备49
• 3.2.3 材料的表征49-50
• 3.2.4 光催化性能测试50
• 3.3 结果与讨论50-59
• 3.3.1 剥离态石墨相氮化碳的表征50-57
• 3.3.2 剥离态石墨相氮化碳的光催化性能研究57-58
• 3.3.3 剥离态石墨相氮化碳的光催化活性物种检测58-59
• 3.4 小结59-60
• 参考文献60-64
• 第四章 静电自组装法制备g-C_3N_4纳米片基复合相光催化剂及其性能研究64-77
• 4.1 引言64
• 4.2 实验部分64-66
• 4.2.1 主要试剂与仪器64-65
• 4.2.1.1 主要试剂64-65
• 4.2.1.2 实验仪器65
• 4.2.2 材料CdS/CNNSs和BiOBr/CNNSs的制备65-66
• 4.2.3 材料的测试及表征66
• 4.2.4 光催化性能测试66
• 4.3 结果与讨论66-73
• 4.3.1 CdS/CNNSs和BiOBr/CNNSs的表征67-70
• 4.3.2 CdS/CNNSs和BiOBr/CNNSs光催化性能测试70-72
• 4.3.3 CdS/CNNSs和BiOBr/CNNSs光催化机理研究72-73
• 4.4 小结73-74
• 参考文献74-77
• 第五章 总结与展望77-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士期间论文发表情况80

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