三维g-C 3 N 4 及其复合光催化剂的制备和产氢性能研究

发布时间：2025-03-30 06:47

　　石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种非金属聚合物半导体材料,具有合适的能带位置、可见光活性以及稳定的物理化学性质,这些特性使其成为光催化领域的研究热点。然而,块状的g-C3N4存在比表面积小、活性位点少以及载流子复合率高等问题,严重限制其光催化活性的提升。对此,本文以设计并制备高效的g-C3N4基光催化剂为出发点,通过形貌调控制备高表面积且富含活性位点的g-C3N4,并使之与过渡金属硫化物MoS2复合,促进载流子分离,实现其光催化活性的提升。具体研究内容和结论如下:(1)利用三聚氰胺和三聚氰酸之间的氢键自组装,经冷冻干燥得到超分子前驱体,并且通过优化煅烧温度,制备了由超薄纳米片组装而成的三维多孔的g-C3N4(DCN)。通过一系列表征证明了 DCN具有更大的表面积(112.3 m2 g-1)、丰富的边缘活性位点、更高的导带能级和有效的载流子分离,从而表现出了显著提升的光催化产氢性能。在可见光(λ≥420 nm)照射下,DCN的光催化产氢速率达到了 9.4 mmol h-1 g-1,相比块状g-C3N4提高了 16 倍。(2)采用简单的水热法制备了钴掺杂的1T-MoS2(CDM),并通过超声...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 光催化产氢技术
        1.2.1 光催化反应原理
        1.2.2 影响光催化的因素
        1.2.3 常见的半导体光催化剂
    1.3 g-C₃N₄概述
        1.3.1 g-C₃N₄的发展
        1.3.2 g-C₃N₄的结构与性质
        1.3.3 g-C₃N₄的合成
        1.3.4 g-C₃N₄光催化剂的不足
    1.4 g-C₃N₄的改性
        1.4.1 形貌调控
        1.4.2 掺杂
        1.4.3 异质结
    1.5 MoS₂/g-C₃N₄复合光催化剂
    1.6 选题的意义和研究内容
第二章 实验涉及主要试剂、设备、表征方法
    2.1 实验涉及的主要试剂和设备
    2.2 样品表征测试
        2.2.1 晶体结构表征
        2.2.2 光谱分析
        2.2.3 形貌表征
        2.2.4 元素和结构表征
        2.2.5 光电性能测试
        2.2.6 产氢测试
        2.2.7 比表面积和孔径分布
第三章 三维g-C₃N₄的制备、表征及光解水制氢性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 样品合成
        3.2.2 样品的表征
        3.2.3 光催化性能测试
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 微观形貌、晶相、化学结构
        3.3.2 光吸收、带隙、光电性质
        3.3.3 光解水产氢性能
    3.4 本章小结
第四章 CDM-D复合光催化剂的制备、表征及光解水制氢性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 样品的合成
        4.2.2 样品的表征
        4.2.3 光催化性能测试
    4.3 实验结果与讨论
        4.3.1 晶相、化学结构、光吸收
        4.3.2 光解水产氢性能
        4.3.3 复合材料光解水产氢机理探究
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 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
附件



本文编号：4038359