吡啶_硼原子掺杂石墨相氮化碳的制备及其光催化制备过氧化氢的研究.pdf

摘要

摘要

吡啶/硼原子掺杂石墨相氮化碳的制备及光催化制备过氧化氢的研究

半导体光催化技术可将太阳能直接转换成化学能或电能，是解决能源问题

和环境危机的重要手段。在众多半导体中，石墨相氮化碳（g-CN）具有无金

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属元素、价格便宜、性能稳定、环境友好和带隙宽度匹配等优点而备受人们的

关注。然而，利用热聚合方法合成的g-CN比表面积小，载流子复合概率高，

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可见光的利用率低。这些问题严重限制了g-CN的应用。针对上述问题，本文

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以设计、合成具有高光催化性能的g-CN为目标，利用超分子组装技术将吡啶

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环及相关原子掺入到g-CN中，实现对g-CN的表面形貌、能带结构等方面

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的调控，进而改善其在中性条件下光催化产HO的性能。具体内容如下：

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（1）以三聚氰胺，三聚氰酸，吡啶-2-甲醛为原料，以无水乙醇为溶剂，通

过自组装法合成前驱体。之后在550°C马弗炉下煅烧，制备了一系列不同浓度

吡啶掺杂的g-CN（Py-x）。同体相氮化碳（BCN）和未掺杂g-CN的超分子

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自组装微棒（CNMR）相比，掺杂吡啶环的g-CN具有更高的比表面积，更高

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的光生载流子分离效率。当吡啶-2-甲醛的加入量达5μL时，其在中性条件下产

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过氧化氢的速率达到180μmol·g·h，是BCN的1.85倍。

（2）以三聚氰胺，三聚氰酸，吡啶-2-甲醛，三氯化硼为原料，以无水乙醇

为溶剂，通过自组装法合成前驱体。之后在600°C马弗炉下煅烧，制备了一系

列不同浓度吡啶/硼双掺杂的g-CN（Py-x/B-y）。与BCN和掺杂吡啶环的g-

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CN相比，Py-x/B-y因同时掺入富含离域电子的吡啶环和缺电子的单原子硼，

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在g-CN分子结构内部形成电场，提高载流子分离效率，提升光催化性能。当

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吡啶-2-甲醛和三氯化硼的加入量分别达5μL和10μL时，样品在中性条件下光

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催化产过氧化氢的速率达到了391μmol·g·h。是单掺吡啶的2.18倍，BCN的

4倍。

关键词：

可见光催化；g-CN；过氧化氢；中性条件；掺杂

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