gC3N4纳米光催化剂的改性及活性提高的机制研究.docx

目录 目录 中文摘要 I Abstract． ．．。 ．． ．．． ．．． ．．． II 第l章引言 1 1．1半导体光催化技术的研究概述 1 ¨．】半导体光催化技术简介 l 1．1．2半导体光催化技术基本原理 3 1．2石墨相氮化碳(g-C3N4)的研究现状 4 1．2．1 g-C3N4的性质 ．4 1．2．2 g-C3N4应用 ．6 1．3 g-C3N4纳米光催化剂 7 1 3．1 g-C3N4光催化基本原理 ．7 1．3．2 g-C3N4光催化影响因素 ．8 1．4 g-C3N4改性方法 ．．1 O 1．4．1形貌调控 l 0 1．4．2掺杂改性 1 1 1．4．3构建异质结 12 1．4．4表面修饰 l 3 1．5本论文立题的依据及内容意义 ，．1 3 1．5．1立题的依据 1 3 1．5．2研究内容意义 l 5 第2章实验材料及实验方法 ．．． l 6 2．1实验试剂和仪器 ．1 6 2．1．1实验试剂 ．．1 6 2．1．2实验仪器 ．．1 7 2．2催化剂的表征方法 ．1 7 万方数据  黑龙江大学硕士学位论文 2．2．1 X一射线衍射 1 7 2．2．2 UV-Vis光谱 一l 8 2．2．3红外光谱 一20 2．2．4 N2吸附脱附 ．20 2．2．5原子力显微镜 一20 2．2．6 X．射线光电子能谱 21 2．2．7稳态表面光电压谱 ．．2 1 2．2．8光电化学测试系统 一22 2．3羟基自由自测试 ．22 2．4电化学测试 ．23 2．5催化剂光催化活性评价 ．23 2．5．1液相降解苯酚 一23 2．5．2气相降解乙醛 一23 2．5．3光催化产氢 ．．． 24 第3章硼酸修饰对g-C3N4光催化降解污染物性能影响 ．25 3．1前言 一25 3．2实验部分 一26 3．2．1样品制备 26 3．2．2材料表征 26 3．2．3活性测试 26 3．3结果与讨论 ．27 3．3．1结构与组成 一27 3．3．2光生电荷的分离 一30 3．3．3光催化活性 一32 3．3．4机制讨论 33 3．4本章小结 ．36 第4章硼酸盐修饰对g—c3N4析氢性能影响 ．IV． 万方数据  目录 ，：；7 4．1前言 一37 4．2实验部分 一38 4，2．I材料表征 38 4．2．2活性测试 38 4．2．3制备方法 38 4．3．硼酸的产氢活性及机制讨论 一38 4．4 Ni2+取代氢离子的产氢活性及机理研究 40 4．4．1结构表征 ．．40 4．4，2光生电荷的分离 一42 4．4．3光催化活性 一43 4．4．4机制讨论 ．．46 4．5 Fe、Co取代氢离子的产氢活性及机理研究 47 4．5．1结构表征 一48 4．5．2光生电荷的分离 ．．49 4．5．3光催化活性 一5 j 4．5．4机制讨论 ．．53 4．6本章小结 ．55 结论 ．57 参考文献 58 致谢 68 攻读学位期间发表的学术论文 69 独创性声明 70 万方数据  第1章引言 第1章引言 最近一些年来，严峻的环境污染和化石能源严重消耗带来的能源短缺，成为 当今社会前进中亟待解决的问题。如何充分的利用丰富的环境友好能源，来发展 环境治理技术，替代传统的化石燃料，成为世界范围内科学工作者广泛研究的课 趔1。3】。太阳能作为一种持续可再生能源，以其储量大，对环境无二次污染等优点， 成为科学工作者的热门关注点。太阳能利用技术，自问世40年来，已经取得一定 的发展。其中光催化技术，因能在温和的条件将太阳能转化为电能、化学能被广 泛利用，而成为理想的太阳能利用技术。其中半导体材料因其在降解有机物和光 催化产氢领域中较好的稳定性和较高的活性f4j，被认为是应用前景较为理想的光催 化剂。 1．1半导体光催化技术的研究概述 1．1．1半导体光催化技术简介 自从化石等不可再生能源已经有面临枯竭危机以来，寻找替代能源如太阳能、 风能、地热能等，就成为未来越来越值得关注的重要性课题。而太阳能因为能够 通过简单便捷的光照辅助化学反应转化成化学能，尤其受到高度重视。在众多光 照辅助反应中，半导体光催化研究得到广泛关注，被认为在精细化工，建工建筑， 水处理，大气处理，医疗卫生，环境治理及自动化工业等不同领域都有不同层次 的相关应用潜力【5J。 特别的，利用纳米科技，即纳米级半导体光催化技术的应用，能高效的改善 我们对太阳能的利用效率。大规模的实验在为进一步提高光催化工艺，开发潜在 的利用价值而进行着不断的努力工作。据揭示未来绝大多数现存危机，为如化石 能源危机，对自然环境的污染，大气变暖等问题，提供了真正可行的解决方案【61。 而半导体光催化技术及其应用技术无疑是解开这些难题的有利法宝。 1972年Fujishirna和Honda发现Ti02单晶