Ag/g-C3N4和Au/g-C3N4纳米复合材料的设计、控制合成及其催化性能

摘要

类石墨烯材料石墨相氮化碳(g-C3N4)因其具有可见光响应、优异的化学稳定性和热稳定性、无毒、来源丰富、制备成型工艺简单等特点，成为当今研究的热门材料，并在催化领域前景广泛。本论文设计、控制合成了一系列不同Ag和Au含量的Ag/g-C3N4和Au/g-C3N4纳米复合物，并研究其可见光催化性能和有机催化性能。具体内容如下:
　　(1)Ag/g-C3N4和Au/g-C3N4纳米复合材料的设计与控制合成。
　　以能够形成金属(Ag，Au)纳米颗粒的金属盐为金属源，以g-C3N4为载体，采用简单的一步原位生长法制得了一系列不同Ag和Au含量的Ag/g-C3N4和Au/g-C3N4纳米复合物。实验采用多种技术如XRD，FTIR，XPS，TEM，FESEM等对Ag/g-C3N4和Au/g-C3N4纳米复合材料进行表征。结果表明5.6nm的Ag和2.8nm的Au纳米颗粒分别都均匀地负载在g-C3N4纳米片表面。
　　(2)Ag/g-C3N4纳米复合材料的光催化性能及其机理研究。
　　以制备的Ag/g-C3N4纳米复合材料作为可见光催化剂，通过降解甲基橙(MO)、亚甲基蓝(MB)和中性深黄GL(NDY-GL)研究催化剂的可见光催化性能。实验结果表明，BH4-存在的条件下，Ag/g-C3N4-4催化剂对可见光催化降解MO、MB、NDY-GL的降解程度高达98.2％，99.3％和99.6％，降解时间也仅仅为8,45和16min。Ag/g-C3N4催化剂具有如此好的催化活性，可能主要归因于:Ag纳米粒子的分散性好和颗粒小;Ag纳米粒子优越的表面等离子体效应;光生电子-空穴的有效分离;更重要的是超强氧化能力的O2·-自由基的增多，而这较多的O2·-自由基的产生归因于BH4-的存在促使了O2的还原生成了O2·-自由基。
　　(3)Au/g-C3N4纳米复合材料的催化加氢性能及其机理研究。
　　以制备的Au/g-C3N4纳米复合材料作为有机还原硝基苯酚溶液的催化剂，NaBH4作为还原剂，通过催化还原邻硝基苯酚(o-NP)，间硝基苯酚（m-NP），对硝基苯酚(p-NP)，2,4-二硝基酚(2,4-DNP)，2,4,6-三硝基酚(2,4,6-TNP)，研究催化剂的有机催化性能。实验结果表明，当Au含量为6wt％时，Au/g-C3N4-6催化剂的催化性能最好。Au/g-C3N4催化剂具有较高催化活性主要归因于:小粒径，高分散的Au纳米粒子;Au纳米粒子和g-C3N4间显著的协同效应。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 半导体光催化简介

1．2．1 半导体光催化的基本原理

1．2．2 半导体光催化的影响因素及其研究进展

1．3 硝基苯酚催化还原简介

1．3．1 硝基苯酚催化还原的意义

1．3．2 硝基苯酚催化还原的研究进展

1．4 基于石墨相氮化碳纳米材料的催化性能研究

1．5 本课题的研究意义和研究内容

2 g-C3N4的制备及其结构表征

2．1 引言

2．2 实验试剂

2．3 实验仪器

2．4 g-C3N4纳米片的制备

2．5 g-C3N4的表征

2．6 结果与讨论

3 Ag／g-C3N4纳米复合材料的控制合成及其光催化性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 Ag／g-C3N4纳米复合材料的控制合成

3．2．4 Ag／g-C3N4纳米复合材料的表征

3．2．5 可见光催化活性测试

3．2．6 光电流测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 催化剂的结构与形貌

3．3．2 催化剂的可见光催化性能及机理研究

3．3．3 硼氢根离子对可见光催化性能的影响及机理研究

3．4 本章小结

4 Au／g-C3N4纳米复合材料的控制合成及其催化性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．2．3 Au／g-C3N4纳米复合材料的控制合成

4．2．4 Au／g-C3N4纳米复合材料的表征

4．2．5 催化还原硝基苯酚的活性测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 催化剂的结构与形貌

4．3．2 催化剂的催化还原性能及机理研究

4．4 本章小结

5 本文小结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文情况

攻读硕士学位期间申请专利情况