纳米g-C3N4形貌调控及MoS2异质结光催化产氢性能研究

摘要

光催化技术将太阳能转化为其他形式的能量，并且在光照下可以分解污染物，可以作为解决能源危机和环境污染问题的潜在方案。g-C3N4虽然是极具潜力的光催化材料但是由于存在电子空穴对复合率高、需要贵金属Pt作为助催化剂等缺点，很大程度上阻碍了它的实际应用。对g-C3N4自身进行调控并与MoS2复合形成异质结这种改性方法在提高性能和降低成本方面具有重要的研究价值。 本文通过在空气中进行二次煅烧的方法将块状g-C3N4剥离成g-C3N4纳米片，研究了煅烧时间对材料光吸收、载流子分离及光催化产氢性能的影响。研究结果表明，随着煅烧时间的延长，g-C3N4纳米片的吸收边略有蓝移，但其电子空穴对的分离效率不断提高。通过调整实验参数，并结合光催化产氢性能，最终确定g-C3N4纳米片的最佳煅烧时间为3小时。随后，采用热干方式将MoS2纳米片和g-C3N4纳米片复合，形成异质结构，并通过紫外可见吸收、荧光光谱和产氢测试表征其相关性能。结果表明MoS2的复合有效提高g-C3N4纳米片的产氢性能且MoS2可以部分取代Pt作为助催化剂使用。 为了进一步优化g-C3N4的产氢性能，本文通过盐模板冻干法成功制备出氰基修饰的三维网络g-C3N4，并探讨了原材料配比对三维网络g-C3N4微观结构、光生载流子利用率、光电流及产氢性能等方面的影响。研究结果表明随着前驱体量的减少，三维网络g-C3N4壁厚逐渐变小并且光催化产氢性能逐渐增加。通过产氢性能测试，最终确定最佳的实验参数为硫脲和氯化钠的质量比为1∶20。采用热干方式将MoS2纳米片和三维网络g-C3N4复合，形成异质结构。其产氢变化规律表明MoS2的复合量和g-C3N4的比表面积息息相关。 本文通过构建g-C3N4纳米片和三维网络g-C3N4以达到对其自身改性的目的，通过热干的方式与MoS2复合形成异质结。这种异质结能够进一步提高光催化产氢性能并且部分取代Pt，降低实际应用中的成本。

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2光催化技术概述

1.2.1光催化技术原理

1.2.2 光催化技术的发展历史

1.3 光催化材料的分类

1.4 g-C3N4研究综述

1.4.1 g-C3N4的发展历史

1.4.2 g-C3N4的相关性质

1.4.3 g-C3N4的研究现状

1.5 课题研究意义和内容

1.5.1课题研究意义

1.5.2 研究内容

第2章 实验材料、仪器及分析测试方法

2.1 实验材料及仪器

2.1.1实验材料

2.1.2 实验仪器

2.2.1实验分析方法

2.3 光催化产氢性能测试

2.3.1反应溶液配制

2.3.2 产氢测试过程

第3章 g-C3N4纳米片及MoS2异质结的制备和光催化性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 g-C3N4纳米片的制备

3.2.2 g-C3N4/MoS2异质结的制备

3.3 g-C3N4纳米片最佳工艺探索

3.3.1煅烧时间对形貌及物相的影响

3.3.2煅烧时间对光学性质的影响

3.3.3煅烧时间对产氢性能影响

3.4 g-C3N4/MoS2异质结结构与性能

3.4.1 g-C3N4/MoS2异质结形貌及物相分析

3.4.2 MoS2的负载对g-C3N4光学性能的影响

3.4.3 MoS2负载量对产氢性能影响

3.4.4 机理讨论

3.5 本章小结

第4章氰基修饰的3D g-C3N4及MoS2异质结的制备和光催化性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1氰基修饰三维g-C3N4的制备过程

4.2.2 3D g-C3N4-CN/MoS2异质结的制备过程

4.3 3D g-C3N4-CN结构与性能

4.3.1 3D g-C3N4-CN的形成机理

4.3.2煅烧参数对3D g-C3N4-CN结构与性能的影响

4.3.3前驱体量对3D g-C3N4-CN形貌及物相的影响

4.3.4前驱体量对3D g-C3N4-CN光学及电化学性能的影响

4.3.5前驱体量对3D g-C3N4-CN产氢性能的影响

4.4 3D g-C3N4-CN/MoS2异质结光催化产氢性能分析

4.5 本章小结

第5章 全文总结

5.1 全文结论

5.2 主要创新点

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢