氮化碳基材料的能带调控及其可见光催化制氢性能的研究

发布时间：2024-02-15 04:15

　　地球上的化石能源消耗巨大,储量日益减少,并且化石燃料的使用会造成环境污染,因此可再生能源的开发利用势在必行。光催化水分解制氢技术能够有效地利用太阳能,产生清洁无污染的氢气,是一种解决能源短缺和环境问题的理想手段。氮化碳材料是一种成本低廉的非金属催化剂,具有合适的带隙宽度以及稳定的物理化学性质等特点,近年来受到广泛的研究。但是未经改性的氮化碳具有比表面积较小、载流子的再复合速率较高并且对可见光的利用能力较差的缺点,极大的制约了它在光催化产氢领域的发展和应用。太阳光中的可见光部分占比近50%,因此,催化剂对可见光的利用能力尤为重要。本课题针对氮化碳材料可见光利用能力较差和载流子再复合速率较高的缺点,通过分子掺杂和分子吸附两种手段对其进行改性,调控能带结构,增强可见光利用能力,提高可见光催化制氢性能,主要的研究内容如下:(1)以1,3,5-苯三甲酸和三聚氰胺为原料,通过共聚作用将苯环结构嵌入氮化碳材料的骨架当中,利用FT-IR、NMR、XPS等表征手段证明苯环在氮化碳中的成功嵌入,利用UV-vis、PL等光谱数据证明嵌入苯环的氮化碳材料的可见光吸收能力提高、载流子再复合得到抑制,能带结构得到...

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１＿１光催化水分解机理图［１３］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｗａｔｅｒ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ＂３］??

?北京化工大学专业硕士学位论文???的ＣＢ与ＶＢ之间的能级空间称之为带隙（Ｅｇ）间。光催化剂受到适当的光子激发产??生ｅ７ｈ＋对，从ＶＢ跃迁至ＣＢ，在ＶＢ上留下ｈ＋。具有氧化能力的ｈ＋和具有还原能力??的ｅ－能够分别发生氧化反应（第五步）和还原反应（第六步）［１３］。??Ｍ＾Ｏ?....

图１－２光催化水分解及催化剂的能带结构［？５］??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｗａｔｅｒ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ?ａｎｄ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ１１５１??

第一章绪论??化剂为例，Ｔｉ０２较宽的带隙（３．２?ｅＶ）使得它对可见光的利用率极低，因此需要对其??进行改性以减小其带隙。ｇ－Ｃ３Ｎ４则具有较为合适的带隙（２．７?ｅＶ），对可见光有较好的??响应。第二，催化剂的能带结构要满足水分解的热力学条件，即ＣＢ底的位置要比Ｈ＋／Ｈ２??....

图１－３不同溶剂中制备的ＣｄＳ的（ａ）和（ｂ）?ＳＥＭ，?（ｃ）可见光下的Ｈ２产量，（ｄ）光催化制氢??速率和比表面积丨１８］??Ｆｉｇ．?１－３?（ａ）?ａｎｄ?（ｂ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ａｎｄ?（ｃ）?ｖｉｓｉｂｌｅ?ｌｉｇｈｔ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ?Ｈ２?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｖｅｒ?ｔｈｅ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ＣｄＳ??

－３ｃ和ｄ??所示，两者的光催化制氢性能和比表面积相比于普通ＣｄＳ均有大幅提升，其中，以乙??二胺作为溶剂的ＣｄＳ纳米颗粒提升的幅度更为显著，这是由于乙二胺在反应过程中可??以作为模板，更利于ＣｄＳ形成蓬松多孔的结构，从而使其比表面积显著提高，暴露出??更多的催化反应位点。另外，....

图１－４?（ａ）?ＢＰ的结构图，（ｂ）?（ｌ）?ＢＰ，（２）沉积Ｉ?ｗｔ．％Ｐｔ的ＢＰ和（３）沉积Ｉ?ｗｔ．％Ｐｔ的球磨??法制备的ＢＰ的光催化制氢速率，（ｃ）?ｇ－Ｃ３Ｎ４／黑磷的光催化制氢反应机理图丨２７，２８】??Ｆｉｇ．?１－４?（ａ）?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＢＰ，?（ｂ）?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｒａｔｅｓ?ｏｖｅｒ?（１）?ｕｎｍｏｄｉｆｉｅｄ?ＢＰ，?（２）?１?ｗｔ．％??

，科研工作者们把目光转向了非金属半导体催化剂。??最具代表性的ｇ－Ｃ３Ｎ４于丨８３４年被首次合成［２１】。其低廉的价格、合适的带隙以及稳定??的物理化学性质和简便的合成方法使其受到了广泛的研宄。单氰胺ＩＭ、尿素１２３］以及硫??脲［２４］等含氮量较高的有机物，直接进行热缩聚都能够....

本文编号：3899186