石墨相氮化碳基光催化材料的设计、结构调控及其制氢性能研究

发布时间：2024-06-08 00:56

　　全球性的能源危机和环境问题使得发展可再生能源成为世界范围内的共识。氢作为一种绿色低碳的能源载体,将在清洁安全的未来能源构想中发挥关键作用。相比于化石能源制氢,利用太阳能直接分解水制氢是更为理想和有前景的制氢方式。作为太阳光光催化分解水制氢技术的核心,高效、稳定和低成本光催化材料的设计和开发成为研究的热点。在众多光催化材料中,具有类石墨烯二维结构的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其简单的元素构成(仅包含碳和氮元素),可调的电子能带结构,优异的物理和化学稳定性和低廉的成本被广泛关注。本论文主要基于g-C₃N₄材料,设计制备具有高活性、长效稳定性且面向实际应用的光催化剂,并将其应用于光催化分解水制氢中。具体研究内容如下:(1)针对传统直接热聚合法制备的g-C₃N₄普遍存在的可见光响应能力差和载流子复合问题,设计了一种可放大合成的水合肼辅助一步热聚合法,在g-C₃N₄结构中引入N空位,调变其能带结构,拓展光响应范围,提高载...

【文章页数】：156 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 光催化分解水
        1.2.1 光催化分解水原理
        1.2.2 光催化分解水制氢用催化剂
    1.3 石墨相氮化碳
        1.3.1 石墨相氮化碳发展历程
        1.3.2 石墨相氮化碳合成及物性
    1.4 石墨相氮化碳的改性及其在光催化分解水制氢领域的应用和发展
        1.4.1 纳米结构设计
        1.4.2 元素掺杂与空位修饰
        1.4.3 石墨相氮化碳复合光催化剂
        1.4.4 石墨相氮化碳在光催化分解水制氢领域的应用和发展
    1.5 论文选题的目的、意义和研究内容
第二章 氮空位修饰的石墨相氮化碳:一步可放大合成及其可见光制氢性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验相关的材料及仪器装置
        2.2.2 材料制备
        2.2.3 材料表征
        2.2.4 光催化性能测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 氮空位修饰石墨相氮化碳的制备及放大合成
        2.3.2 形貌表征
        2.3.3 结构表征
        2.3.4 光电性质及电子能带结构表征
        2.3.5 光催化制氢性能及机理探究
    2.4 本章小结
第三章 碳氧共掺杂分级多孔石墨相氮化碳纳米带的制备及其光催化制氢性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验相关的材料及仪器装置
        3.2.2 材料制备
        3.2.3 材料表征
        3.2.4 光催化性能测试
        3.2.5 理论计算
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 碳氧共掺杂分级多孔石墨相氮化碳纳米带的制备过程
        3.3.2 形貌表征
        3.3.3 结构表征
        3.3.4 光电性质及电子能带结构表征
        3.3.5 光催化制氢性能及机理探究
    3.4 本章小结
第四章 n-型金属氧化物半导体纳米结构/磷掺杂石墨相氮化碳纳米片的功能自组装及其可见光分解水性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验相关的材料及仪器装置
        4.2.2 材料制备
        4.2.3 材料表征
        4.2.4 光催化性能测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 NMOs/PCN的制备
        4.3.2 NMOs/PCN的形貌表征
        4.3.3 NMOs/PCN的结构表征
        4.3.4 NMOs/PCN的光学性质
        4.3.5 NMOs-Pt/PCN的形貌表征
        4.3.6 NMOs-Pt/PCN的结构表征
        4.3.7 NMOs/PCN和NMOs-Pt/PCN的光催化制氢性能
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者与导师简介
北京化工大学博士研究生学位论文答辩委员会决议书



本文编号：3991216