非晶态类石墨氮化碳的光电子性能研究

发布时间：2017-08-22 16:38

  本文关键词：非晶态类石墨氮化碳的光电子性能研究

  更多相关文章： g-C_3N_4 光电 调控 光催化

【摘要】：类石墨氮化碳(g-C_3N_4)具有优异的半导体特性,其中合适的能带间隙、热力学及化学稳定性使得其成为了新型的光电子材料。其在光电、光催化、离子传感及生物标记等领域具有潜在的应用价值并吸引了相当大的关注。为了进一步推进其应用发展,对其光电性能的研究显得尤其重要,但是由于当前对此缺乏系统性的认识,在很大程度上制约了g-C_3N_4的深入研究及应用推广。本论文基于此问题,旨在进一步系统性地研究g-C_3N_4的光电性能,为提高g-C_3N_4的应用效率、拓宽g-C_3N_4的应用领域提供基础性支撑。研究工作主要包括以下几方面内容:基于对热解温度的调控,成功获得了具有可调谐荧光发射的氮化碳。通过时间分辨光谱及Raman精细结构等表征,系统性地研究了氮化碳的可调谐发光机理。并提出了一个新颖的与π键共轭系统及N的孤态电子相关的发光能级机理图。进一步,我们以缺电子原子及富电子原子掺杂的方法对g-C_3N_4的光电结构进行了尝试性的调控。区别于掺杂产生的缺陷引起的传统发光红移现象,本工作发现掺杂后的产物出现了有趣的发光非对称性变化。通过时间分辨光谱及密度泛函理论计算(DFT)深入地研究了其光电变化的机理,异构原子的掺杂造成π键共轭系统及由N的孤态电子形成的LP能级的电子能态密度的降低被认为与发光的变化相关。最后,我们通过形貌的可控合成对g-C_3N_4的光电性能进行了调控并且研究了其光催化性能。以气泡作为合成模板,成功获得了具有大比表面积的泡沫状疏松结构形貌的g-C_3N_4。另外,以 top-down‖的方法,通过超声剥离成功地制备了具有大纵横比的g-C_3N_4纳米片,实现了材料维度从三维到二维的调控。在此基础上,我们对形貌调控后的g-C_3N_4的光电性能进行了系统的研究。并且在光催化性能的测试中,两者都表现出高效的催化效率。
【关键词】：g-C_3N_4 光电 调控 光催化
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 氮化碳的研究概述10-12
• 1.3 g-C_3N_4的光电特性12-13
• 1.4 g-C_3N_4的应用13-18
• 1.4.1 g-C_3N_4在光催化剂中的应用13-15
• 1.4.2 g-C_3N_4在光电材料中的应用15-18
• 1.5 本课题的研究目的及内容18-20
• 1.5.1 本课题的研究意义和目的18
• 1.5.2 本课题的主要研究内容18-20
• 第二章 实验部分20-23
• 2.1 实验原料及仪器设备20
• 2.2 样品的制备方法20-21
• 2.3 实验表征分析方法21-23
• 2.3.1 X-射线衍射分析(XRD)21
• 2.3.2 场发射扫描电子显微镜分析(SEM)21
• 2.3.3 高分辨率透射电子显微镜分析(TEM)21
• 2.3.4 荧光光谱分析(PL)21-22
• 2.3.5 Raman光谱分析22
• 2.3.6 吸收光谱测试22
• 2.3.7 原子力显微镜22-23
• 第三章 g-C_3N_4的可调谐发光23-36
• 3.1 样品的制备23-24
• 3.2 g-C_3N_4的可调谐发光24-32
• 3.3 g-C_3N_4的可调谐发光机理探讨32-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 异构原子对g-C_3N_4的光电调控36-47
• 4.1 样品的制备及理论计算36-37
• 4.2 异构原子的引入对g-C_3N_4光电性能的影响37-42
• 4.2.1 硫原子掺杂氮碳化合物37-40
• 4.2.3 硼原子掺杂氮碳化合物40-42
• 4.3 异构原子对g-C_3N_4光电性能调控的机理42-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 形貌对g-C_3N_4光电性能的调控47-62
• 5.1 样品的制备47-48
• 5.2 3D泡沫状g-C_3N_4的光电性能及其光催化性质48-55
• 5.3 g-C_3N_4纳米片的光电特性55-60
• 5.4 本章小结60-62
• 结论62-63
• 参考文献63-74
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果74-76
• 致谢76-77
• 附件77

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本文编号：720228