基于石墨相氮化碳复合材料的制备、光催化性能和光电性能的研究

摘要

石墨相氮化碳因无毒、环保、稳定性高、生物兼容性好且具有独特的电子结构成为一种很好的可见光催化材料。然而，纯的g-C3N4由于其光致电子空穴对的复合率高而大大限制了其光催化效率。众多学者通过制备二到三种复合型半导体来提高其光催化效率及太阳光的利用率。本课题通过使用不同的方法合成g-C3N4/CdS复合材料及制备g-C3N4/C/CdS的石墨相氮化碳基三元复合材料，旨在提高石墨相氮化碳的光催化及光电性能。主要包括:
　　(1)采用一种新型、简单的原位法制备g-C3N4/CdS异质结，先使用软化学的方法在氮化碳中引入金属镉离子制备成Cd/g-C3N4，再将镉离子硫化，形成具有两种半导体掺杂的复合材料的异质结，研究发现制备得到的样品比纯的g-C3N4的光催化降解甲基橙高出2.5倍，光电流响应值高出2.3倍，光解水制氢高出2.8倍。说明原位法合成的复合物的催化活性比纯的g-C3N4高。
　　(2)采用超声和离子辅助的协同效应来获得的CdS/g-C3N4纳米复合材料的异质结。研究发现:CdS/g-C3N4纳米复合材料相比于纯的氮化碳表现出显著的光电流的增强。超声制备的CdS/g-C3N4复合材料相比于未经过超声制备的CdS/g-C3N4复合材料、纯的g-C3N4的光降解甲基橙，光电流响应值分别高出1.4倍，18倍和2倍，2.3倍。这说明复合材料的异质结有助于光生载流子的有效转移和分离，提高光催化和光电性能。
　　(3)我们创新的制备三元复合物g-C3N4/C/CdS，并考察其光催化和光电性能。研究结果表明，CdS/g-C3N4/C三元复合物的光催化降解甲基橙和光电流响应值分别比g-C3N4/C高出10倍和1.4倍，比g-C3N4高出12倍和2倍。实验证明，三种物质之间形成能带结构，从而更有利于载流子的分离和转移，进而更好的提高光催化、光电性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 氮化碳研究现状

1．2．1 氮化碳结构和性质

1．2．2 石墨相氮化碳制备

1．2．3 氮化碳改性

1．3 氮化碳及其改性后的应用

1．3．1 g-C3N4光解水制氢

1．3．2 g-C3N4光解有机染料

1．3．3 g-C3N4太阳能电池

1．3．4 g-C3N4催化有机反应，生物，环保等方面的应用

1．4 本课题的立题依据和主要内容

1．5 本研究课题的创新点

第二章 光催化剂的原位法制备及其光催化性能

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器与试剂

2．2．2 样品的制备

2．2．3 样品的表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 杂化物的结构和光谱分析

2．3．2 光催化活性和瞬时光电性能分析

2．3．3 光催化制氢原理

2．4 小结

第三章 催化剂的超声与金属离子的协同制备及其光催化性能

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 样品的制备

3．2．3 样品的表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 杂化物的结构和光学性质

3．3．2 杂化物的光催化活性和光电性能

3．4 小结

第四章 复合g-C3N4／C／CdS催化剂的制备、光催化及其光电性能

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器与试剂

4．2．2 样品的制备

4．2．3 样品的表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 杂化物的结构和光谱分析

4．3．2 杂化物光催化活性和光电性能

4．4 小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文