石墨相氮化碳的制备及其催化和分离性能研究
发布时间：2021-01-26 02:59
石墨相氮化碳（graphitic carbon nitride,GCN）是一种新型二维层状材料,近些年来在催化和分离领域表现出较好的应用前景。一方面凭借其简单的合成工艺、对可见光的吸收、优异的热稳定性和化学稳定性,GCN可将取之不尽的太阳能转化为清洁化学燃料,从而为现代工业发展引起的能源危机等问题提供解决方案;另一方面凭借其丰富可调的二维纳米孔道网络,GCN基分离膜有望应用于海水脱盐、污水净化和生物药物等领域。本论文旨在探索GCN的可控合成及其在光催化产氢和分离等方面的性能和机理,深入理解合成方法、微观结构和光催化活性之间的关系,达到优化GCN催化活性的目的;同时,利用具有不同尺寸和功能的（手性）阴离子型支撑层在质子化的GCN层间的嵌入作用调控层间距和层间环境,实现GCN基薄膜对分子、离子在亚纳米尺度的精准筛分及不同手性对映异构体的立体选择性渗透。本论文主要包括以下几方面内容:1.受制于聚合程度低、晶型低、比表面积小、可见光吸收范围窄、光生电子-空穴对复合快等缺陷,传统GCN在光催化产氢反应中一般表现出较低的活性。我们在封闭体系中合成了具有高晶型的GCN,并进一步采用混合溶剂进行高效液...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)三嘴环结构草元:(b)3-s.三喃环结构单元.
１．２．３?ＧＣＮ的合成方法??目前，大多数用来进行光催化反应的ＧＣＮ均为低晶型的样品。合理选用富??含Ｃ和Ｎ的前驱体［２７－３（）］，控制反应参数，都可制备得到ＧＣＮ，如图１．２所示。??同时，用来合成不同结构的氮化碳的方法有很多［３１？］，而对于室温下结构稳定??的ＧＣＮ，最常用的就是热聚合法，通过此方法进行结构调控、性能优化也是行??之有效的。以氰胺作为前驱体为例，合成过程中随着温度的变化，会产生一系??列不同的中间相，如图１．３所示。该过程实际上是逐步加成聚合和缩聚的结合，??一般氰胺会在２０３?°Ｃ和２３４?°Ｃ分别生成双氰胺和三聚氰胺，同时伴随着氨气释??放的过程。继续升高温度会使三聚氰胺进行结构重排，形成３－ｓ－三嗪环（ｍｅｌｅｍ）。??而聚合的ＧＣＮ?—般会在５２０?°Ｃ以上得到，其温度稳定性可达６００?°Ｃ，温度高??于７００°Ｃ时ＧＣＮ开始分解。??Ｍｅｌａｍｉｎｅ??（ＣｓＨ
因就是聚合过程不充分，程度不够，从而导致ＧＣＮ仅表现出较低的晶型，形成??的大量氢键和ＮＨ／ＮＨ２基团一起连接着“之”字形的无限一维ｍｅｌｏｎ长链，它们??和共价键共同组成这种平面网络结构，如图１．４所示氢键的存在可能会阻??挡跨平面的电荷传导，且ｍｅｌｏｎ中的光生载流子高度定域，在ＧＣＮ的夹层中间??运输困难。理论上来讲，将光催化剂的结晶度提高会使作为电子－空穴对复合中??心的缺陷最小化，从而提升催化活性［３７＿３９］。目前，制备高晶型ＧＣＮ普遍采用的??方法是：使用混合熔融盐，在封闭体系中引发离子热反应，可以得到不同结构??的高晶型ＧＣＮ。早在２００７年，Ｌｏｔｓｃｈ等人就借助于封闭体系中产生的氨气压??力，在无熔盐条件下合成出具有选区电子衍射图案的高晶型ｍｅｌｏｎ，但仅仅推??测这种以３－ｓ－三嗪环为次级构筑单元的聚合物是ＧＣＮ的阶段性产物，且该材料??的性能研宄并未得到延续［４（）］。??；、？?ｔ?广??图１．４含大置氧键的传统低晶型ＧＣＮ．白色、深灰色和浅灰色分别表示Ｈ、Ｃ和Ｎ原子。??一般而言
【参考文献】：
期刊论文
[1]膜分离技术的应用现状及研究进展[J]. 王檑,蒙义舒. 现代矿业. 2016(11)
[2]膜分离技术的研究进展及应用展望[J]. 王华,刘艳飞,彭东明,王福东,鲁曼霞. 应用化工. 2013(03)
[3]液相放电法合成氮化碳晶体[J]. 李超,曹传宝,朱鹤孙,吕强,张加涛,项顼. 高等学校化学学报. 2004(01)
本文编号：3000349
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)三嘴环结构草元:(b)3-s.三喃环结构单元.
１．２．３?ＧＣＮ的合成方法??目前，大多数用来进行光催化反应的ＧＣＮ均为低晶型的样品。合理选用富??含Ｃ和Ｎ的前驱体［２７－３（）］，控制反应参数，都可制备得到ＧＣＮ，如图１．２所示。??同时，用来合成不同结构的氮化碳的方法有很多［３１？］，而对于室温下结构稳定??的ＧＣＮ，最常用的就是热聚合法，通过此方法进行结构调控、性能优化也是行??之有效的。以氰胺作为前驱体为例，合成过程中随着温度的变化，会产生一系??列不同的中间相，如图１．３所示。该过程实际上是逐步加成聚合和缩聚的结合，??一般氰胺会在２０３?°Ｃ和２３４?°Ｃ分别生成双氰胺和三聚氰胺，同时伴随着氨气释??放的过程。继续升高温度会使三聚氰胺进行结构重排，形成３－ｓ－三嗪环（ｍｅｌｅｍ）。??而聚合的ＧＣＮ?—般会在５２０?°Ｃ以上得到，其温度稳定性可达６００?°Ｃ，温度高??于７００°Ｃ时ＧＣＮ开始分解。??Ｍｅｌａｍｉｎｅ??（ＣｓＨ
因就是聚合过程不充分，程度不够，从而导致ＧＣＮ仅表现出较低的晶型，形成??的大量氢键和ＮＨ／ＮＨ２基团一起连接着“之”字形的无限一维ｍｅｌｏｎ长链，它们??和共价键共同组成这种平面网络结构，如图１．４所示氢键的存在可能会阻??挡跨平面的电荷传导，且ｍｅｌｏｎ中的光生载流子高度定域，在ＧＣＮ的夹层中间??运输困难。理论上来讲，将光催化剂的结晶度提高会使作为电子－空穴对复合中??心的缺陷最小化，从而提升催化活性［３７＿３９］。目前，制备高晶型ＧＣＮ普遍采用的??方法是：使用混合熔融盐，在封闭体系中引发离子热反应，可以得到不同结构??的高晶型ＧＣＮ。早在２００７年，Ｌｏｔｓｃｈ等人就借助于封闭体系中产生的氨气压??力，在无熔盐条件下合成出具有选区电子衍射图案的高晶型ｍｅｌｏｎ，但仅仅推??测这种以３－ｓ－三嗪环为次级构筑单元的聚合物是ＧＣＮ的阶段性产物，且该材料??的性能研宄并未得到延续［４（）］。??；、？?ｔ?广??图１．４含大置氧键的传统低晶型ＧＣＮ．白色、深灰色和浅灰色分别表示Ｈ、Ｃ和Ｎ原子。??一般而言
【参考文献】：
期刊论文
[1]膜分离技术的应用现状及研究进展[J]. 王檑,蒙义舒. 现代矿业. 2016(11)
[2]膜分离技术的研究进展及应用展望[J]. 王华,刘艳飞,彭东明,王福东,鲁曼霞. 应用化工. 2013(03)
[3]液相放电法合成氮化碳晶体[J]. 李超,曹传宝,朱鹤孙,吕强,张加涛,项顼. 高等学校化学学报. 2004(01)
本文编号：3000349
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