高效石墨相氮化碳基光催化材料的合成及其制氫性能研究.pdf

1、新型g-C3N4光催化材料由于具有特殊的電子結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)而成為近些年的研究熱點(diǎn)。然而，當(dāng)前的g-C3N4光催化材料普遍存在量子效率較低、材料在合成過程中易于結(jié)塊等缺陷，嚴(yán)重削弱了光催化材料的制氫性能。為了進(jìn)一步改善g-C3N4的物理化學(xué)性質(zhì)，提升材料的制氫性能，本論文主要圍繞高比表面積g-C3N4光催化材料的水熱合成與表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以及g-C3N4作為助劑修飾增強(qiáng)CdS光催化活性等方面進(jìn)行了探索研究。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：

2、>　　(1)光催化材料的表面結(jié)構(gòu)對(duì)其光催化性能具有重要影響，增大光催化材料的比表面積和調(diào)控光催化材料的表面結(jié)構(gòu)是增強(qiáng)光催化材料性能的有效方法。本研究通過水熱法處理g-C3N4，合成了具有高產(chǎn)氫活性的g-C3N4光催化材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高溫水熱處理使塊體g-C3N4發(fā)生層間脫層和層內(nèi)離解，形成層數(shù)較少、尺寸較小的g-C3N4材料，從而使g-C3N4的比表面積從原來的5m2g-1增加到40-60m2g-1；同時(shí)，在g-C3N4層內(nèi)離解過程

3、中，g-C3N4表面可形成melem基團(tuán)，而melem基團(tuán)中的氨基進(jìn)一步與水分子作用，最終形成含氧melem基團(tuán)修飾的高比表面積g-C3N4光催化材料。光催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)水熱處理后，所得的含氧melem基團(tuán)修飾的g-C3N4光催化材料的制氫性能得到明顯提升；當(dāng)水熱處理6h時(shí)，所得樣品具有最高的制氫性能，其產(chǎn)氫速率為752?mol h-1g-1，是水熱處理前g-C3N4的7倍。光催化活性增強(qiáng)的主要原因：其一，水熱處理后，g-C3N4樣

4、品的比表面積大大增加，使界面催化活性位明顯增多，從而促進(jìn)了界面光催化反應(yīng)的快速進(jìn)行；其二，由于g-C3N4表面的含氧melem基團(tuán)可作為氫離子的有效捕獲位，促進(jìn)氫離子的快速還原反應(yīng)與氫氣的形成，從而提高光催化產(chǎn)氫活性。
　　(2)制備分散均勻、強(qiáng)耦合作用的異質(zhì)結(jié)光催化劑是提升材料光催化性能的有效方法。本研究通過簡(jiǎn)單的一步原位自轉(zhuǎn)變方法合成了g-C3N4修飾的CdS光催化材料(g-C3N4/CdS)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，g-C3N4納米顆

5、粒(5-30nm)均勻且緊密地修飾在CdS表面，使得CdS的光催化制氫性能得到顯著提升；當(dāng)修飾的g-C3N4含量為1wt％時(shí)，所得的g-C3N4/CdS光催化材料具有最高的制氫性能，達(dá)到了5303molh-1g-1，是純CdS光催化活性的2.5倍?；谏倭縢-C3N4的表面修飾就能明顯提高CdS的光催化活性，提出g-C3N4/CdS光催化性能增強(qiáng)的作用機(jī)理：g-C3N4作為一種有效的空穴轉(zhuǎn)移助劑，促進(jìn)表面硫化鎘光生空穴的快速傳輸、分離與