诱导电子转移与多级管状设计增强氮化碳光催化产氢性能

发布时间：2024-05-13 03:46

　　当前环境与能源问题日益严峻,氢能作为一种清洁的可再生能源引起了极大关注。利用光催化技术将太阳能转化为氢能已是当前研究的热点之一,而如何寻找和设计高效的可见光响应和高活性的光催化剂是光催化技术面临的核心问题。目前作为新一代最具潜力的有机聚合物半导体光催化剂,石墨相氮化碳(g-C3N4)材料仍存在可见光利用率低,光生电子和空穴复合率高,比表面积小和活性位点少等缺点,这极大地阻碍了该光催化材料的发展和未来实际应用。所以本论文针对以上不足,从诱导电子转移和形貌设计两个角度,在分子水平上利用分子嫁接技术合成了具有分子内电荷定向转移和可控电子迁移能力的氮化碳材料;在纳米尺度上以超分子预组装策略设计了掺杂与缺陷共存的多级微纳结构,实现了更高效的光催化分解水产氢,并借助理论计算和模拟揭示了光催化的反应机理和电子结构。具体内容如下:利用氨基与卤代烃的亲核取代和氨基与醛基的希夫碱化学反应,通过对碘苯甲醛和尿素在550℃下共聚,一步法构建了具有不对称结构的供体-π-受体型(D-π-A)的多孔氮化碳材料。采用透射电镜、红外光谱(FT-IR)、碳-13固体核磁(13C NMR)等表征进一步验证了这种结构的形成。...

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【部分图文】：

图1-1半导体光催化的一般过程

哈尔滨工业大学工学博士学位论文-2-1976年，Carey等人报道了有机污染物的光催化降解[28]。三年后，Inoue和同事研究了使用水溶液中的TiO2，ZnO，SiC，GaP和CdS等半导体粉末将CO2光催化还原为各种有机化合物的方法[29]。正如众多评论所报道的那样，现阶段合....

图1-2石墨相氮化碳的结构

追溯其历史可以发现，其实C3N4家族并不是什么新材料，它被认为是科学文献中最古老的人工聚合物之一。C3N4聚合物及其前驱体的历史可以追溯到1834年，当时的雏形是Melon，即由三嗪通过次级氮相互连接的线性聚合物[65,66]。在2006年g-C3N4首次被应用于多相催化领域完成....

图1-4科学引文索引数据库中关于以下关键词的发文数a)光催化；b)石墨相氮化碳和光催化

来提高g-C3N4的光催化性能。由于具有上述吸引人的特性，许多无机和有机化合物，甚至金属纳米颗粒都可以轻松锚固在g-C3N4表面，形成杂化纳米复合材料，从而进一步影响g-C3N4的活性[105,106]。在这些修饰手段中，在异质结界面形成适当的能带结构是提高电荷分离效率以改善光催....

图1-5磷掺杂的氮化碳及其部分表征[111]

第1章绪论-7-实现g-C3N4的结构设计改性。由于g-C3N4的有利特性，如聚合特性，丰富的化学基团用于修饰以及易于合成，所以可以轻松实现g-C3N4在其分子水平上的改造。原则上来说，将任何所需分子和官能团修饰到g-C3N4结构中都将会潜在地改善其固有光催化性能。一些常见分子水....

本文编号：3972333