g-C 3 N 4 基光催化剂的制备及分解水产氢性能研究

发布时间：2024-01-20 11:29

　　近些年来,利用太阳能分解水制备清洁能源氢气的光催化技术异军突起,被认为是缓解目前能源危机,以及满足世界对能源日益增长需求的一种极具前景的技术手段。对光催化技术而言,半导体光催化剂的选择与开发至关重要。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)光催化剂,由于其具有可见光活性、较低的原料成本、良好的化学稳定性和独特的层状结构而引起了人们的广泛关注。然而,该材料对可见光的利用率较低,载流子复合效率较高,这两点仍是限制其性能提高的关键因素。因此,本论文中通过几种不同的改性手段,得到了具有高效光催化产氢性能的g-C₃N₄基光催化材料,深入系统的探究了材料的微观形貌、晶体结构、能带位置等对光催化产氢性能的影响。通过简单的热缩聚法,以β-环糊精和三聚氰胺为前驱体,制备一种新型的非金属碳插层修饰的g-C₃N₄光催化剂。首先,一系列的表征证明这种非金属插层是由含氧石墨化碳组成。探究这种碳插层的引入对g-C₃N₄形貌、结构及光电性能的影响。与纯g...

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景、目的及意义
    1.2 半导体光催化简介
        1.2.1 半导体光催化原理
        1.2.2 半导体光催化应用
    1.3 光催化剂的分类及研究现状
        1.3.1 金属氧化物光催化剂
        1.3.2 金属硫化物光催化剂
        1.3.3 氮化物及氮氧化物光催化剂
    1.4 类石墨相氮化碳光催化剂
        1.4.1 纳米结构调控
        1.4.2 能带调控
        1.4.3 分子尺度调控
        1.4.4 半导体复合
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 实验材料及方法
    2.1 主要原料及试剂
    2.2 实验仪器
    2.3 实验表征方法
        2.3.1 X射线衍射(XRD)
        2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.4 X射线光电子能谱(XPS)
        2.3.5 紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)
        2.3.6 比表面积(BET)
        2.3.7 荧光光谱(PL)
        2.3.8 红外光谱(FT-IR)
        2.3.9 原子力显微镜(AFM)
        2.3.10 电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)
    2.4 光电化学测试
    2.5 光催化性能测试方法
第3章 碳插层修饰的g-C₃N₄及2D/2D CPFA/g-C₃N₄ 光催化剂的构筑及性能研究
    3.1 引言
    3.2 碳插层修饰的g-C₃N₄ 光催化剂的结构和形貌
        3.2.1 碳插层修饰的g-C₃N₄ 光催化剂的制备
        3.2.2 碳插层修饰的g-C₃N₄ 光催化剂组成和形貌表征
        3.2.3 碳插层修饰的g-C₃N₄ 光催化剂表面态分析
    3.3 碳插层修饰的g-C₃N₄ 光催化剂的光催化活性
        3.3.1 碳插层修饰的g-C₃N₄ 光催化剂的光吸收与能带分析
        3.3.2 碳插层修饰的g-C₃N₄ 光催化剂产氢性能分析
        3.3.3 碳插层修饰的g-C₃N₄ 光催化剂载流子分离行为研究
    3.4 2D/2D CPFA/g-C₃N₄ 光催化剂的结构和形貌
        3.4.1 2D/2D CPFA/g-C₃N₄ 光催化剂的制备
        3.4.2 2D/2D CPFA/g-C₃N₄ 光催化剂的结构和形貌
    3.5 2D/2D CPFA/g-C₃N₄ 光催化活性
        3.5.1 2D/2D CPFA/g-C₃N₄ 光催化剂的光吸收性质
        3.5.2 2D/2D CPFA/g-C₃N₄ 的光催化产氢性能分析
        3.5.3 2D/2D CPFA/g-C₃N₄ 光催化剂的载流子传输行为分析
    3.6 本章小结
第4章 超薄g-C₃N₄ 和高结晶化的g-C₃N₄ 纳米片的构筑及性能研究
    4.1 引言
    4.2 超薄g-C₃N₄ 纳米片的结构和形貌
        4.2.1 超薄g-C₃N₄ 纳米片的制备
        4.2.2 超薄g-C₃N₄ 纳米片的形貌
        4.2.3 超薄g-C₃N₄ 纳米片的组成和结构
        4.2.4 超薄g-C₃N₄ 纳米片的表面态分析
    4.3 超薄g-C₃N₄ 纳米片的光催化性能测试
        4.3.1 超薄g-C₃N₄ 纳米片的光吸收及能带结构
        4.3.2 超薄g-C₃N₄ 纳米片的光催化产氢性能
        4.3.3 超薄g-C₃N₄ 纳米片的光生载流子行为探究
    4.4 高结晶化的g-C₃N₄ 纳米片的结构和形貌
        4.4.1 高结晶化的g-C₃N₄ 纳米片的制备
        4.4.2 高结晶化的g-C₃N₄ 纳米片的结构和形貌
        4.4.3 高结晶化的g-C₃N₄ 纳米片的形成机理
        4.4.4 高结晶化的g-C₃N₄ 纳米片的表面态分析
    4.5 高结晶化的g-C₃N₄ 纳米片的光催化性能分析
        4.5.1 高结晶化的g-C₃N₄ 纳米片的光吸收性质
        4.5.2 高结晶化的g-C₃N₄ 纳米片的光催化产氢性能
        4.5.3 高结晶化的g-C₃N₄ 纳米片活性提高的原因及机理探究
    4.6 本章小结
第5章 巴比妥酸修饰的多孔超薄g-C₃N₄ 纳米片光催化剂的构筑及性能研究
    5.1 引言
    5.2 巴比妥酸修饰的多孔超薄g-C₃N₄ 纳米片的结构和形貌
        5.2.1 巴比妥酸修饰的多孔超薄g-C₃N₄ 纳米片的制备
        5.2.2 巴比妥酸修饰的多孔超薄g-C₃N₄ 纳米片的组成和结构
        5.2.3 巴比妥酸修饰的多孔超薄g-C₃N₄ 纳米片的表面态分析
        5.2.4 巴比妥酸修饰的多孔超薄g-C₃N₄ 纳米片的形貌表征
    5.3 巴比妥酸修饰的多孔超薄g-C₃N₄ 纳米片的形成过程
    5.4 巴比妥酸修饰的多孔超薄g-C₃N₄ 纳米片的光催化性能
        5.4.1 巴比妥酸修饰的多孔超薄g-C₃N₄ 纳米片的光吸收和能带结构
        5.4.2 巴比妥酸修饰的多孔超薄g-C₃N₄ 纳米片的载流子分离行为研究
        5.4.3 巴比妥酸修饰的多孔超薄g-C₃N₄ 纳米片的光催化产氢性能
    5.5 巴比妥酸修饰的多孔超薄g-C₃N₄ 纳米片的光催化反应机理
    5.6 本章小结
第6章 Pt²⁺/Pt⁰杂化纳米点修饰空位g-C₃N₄ 光催化剂的构筑及性能研究
    6.1 引言
    6.2 Pt²⁺/Pt⁰杂化纳米点修饰空位g-C₃N₄ 纳米片的结构和形貌
        6.2.1 Pt²⁺/Pt⁰杂化纳米点修饰空位g-C₃N₄ 纳米片的制备
        6.2.2 Pt²⁺/Pt⁰杂化纳米点修饰空位g-C₃N₄ 纳米片的组成
        6.2.3 Pt²⁺/Pt⁰杂化纳米点修饰空位g-C₃N₄ 纳米片的表面态分析
        6.2.4 Pt²⁺/Pt⁰杂化纳米点修饰空位g-C₃N₄ 纳米片的形貌表征
    6.3 Pt²⁺/Pt⁰杂化纳米点修饰空位g-C₃N₄ 纳米片的载流子分离行为研究
        6.3.1 Pt²⁺/Pt⁰杂化纳米点修饰空位g-C₃N₄ 纳米片的光吸收性能
        6.3.2 Pt²⁺/Pt⁰杂化纳米点修饰空位g-C₃N₄ 纳米片的光电化学测试
    6.4 Pt²⁺/Pt⁰杂化纳米点修饰空位g-C₃N₄ 纳米片光催化产氢性能
    6.5 Pt²⁺/Pt⁰杂化纳米点修饰空位g-C₃N₄ 纳米片光催化反应机理
    6.6 光催化活性比较
    6.7 本章小结
结论
论文创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
个人简历



本文编号：3880761