功能化二維氮化碳與石墨烯復(fù)合光催化劑分解水制氫研究.pdf

1、自1970s以來，光催化技術(shù)由于能夠利用太陽光轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，降解污染物，分解水制氫、產(chǎn)氧等用途，從而成為解決能源和環(huán)境問題的有效途徑之一。新型可見光催化材料氮化碳g-C3N4(GCN)，具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和可調(diào)的電子結(jié)構(gòu)。單個(gè)塊體GCN量子效率低，光生電子(e-)和空穴(h+)復(fù)合率高，影響其光催化活性。本文針對(duì)GCN存在的不足，利用酸水處理和濃酸熱-析出處理的方法，提高其比表面積，增加活性位點(diǎn)，并選擇二維氧化石墨烯與

2、功能化的GCN通過自組裝的方式復(fù)合形成GCN基催化劑，在此基礎(chǔ)上將氧化石墨烯(GO)還原為還原氧化石墨烯(rGO)，從而降低它們光生載流子的復(fù)合效率，提高光催化活性。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、GCN的功能化處理
　　(1)采用HNO3與H2SO4酸處理和水熱處理的方法，制備出多孔質(zhì)子化GCN(pGCN)。與GCN相比，pGCN比表面積增加（為82.76m2g-1），表面活性位點(diǎn)增加，能帶隙為2.91eV，對(duì)可見光有良好響應(yīng)

3、，質(zhì)子化后的GCN表面對(duì)光生載流子的傳遞有利。此外，pGCN的光催化活性明顯高于GCN。
　　(2)采用濃H2SO4冷凝回流恒溫?zé)崽幚淼姆椒?，制備出GCN/H2SO4溶液，進(jìn)而利用水溶液得到析出GCN(PCN)，通過各種表征分析手段對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、組成、形貌和光學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行了表征。GCN經(jīng)過溶解以及重新析出后，與GCN相比，其厚度更薄，并引入了S元素和質(zhì)子，使表面活性位點(diǎn)增加，大大提高了光致e-的分離效率，使光催化活性增大。

4、　　2、GCN-rGO復(fù)合光催化劑的制備，可以降低光生載流子的復(fù)合效率
　　(1)采用靜電自組裝和微波輔助還原的方法，制備出pGCN-rGO復(fù)合光催化劑。處理后帶正電荷的pGCN有利于與帶負(fù)電荷的GO的相互作用吸引，從而更緊密的結(jié)合在一起。從光學(xué)性質(zhì)可以看出，pGCN-rGO的可見光吸收明顯增強(qiáng)，PL強(qiáng)度顯著降低，表明更好的光吸收和更低的電荷復(fù)合速率。此外，pGCN-5wt％rGO復(fù)合催化劑在可見光下表現(xiàn)出更優(yōu)異的光催化降解活性，

5、在可見光照80分鐘后呈現(xiàn)99.4％的降解效率，并且呈現(xiàn)出極好的光催化還原能力，達(dá)到557μmolg-1h-1的產(chǎn)氫速率。
　　(2)首次采用析出自組裝制備出PCN-GO復(fù)合光催化劑，隨后再利用光還原法制備出性能穩(wěn)定的PCN-rGO復(fù)合光催化劑。由于其特殊的析出和自組裝功能，使兩者更好的復(fù)合在一起，促進(jìn)光生載流子的分離。同時(shí)還原石墨烯可以增強(qiáng)材料的電子轉(zhuǎn)移速率和可見光利用率，增強(qiáng)產(chǎn)氫效率，其中樣品PCN-2wt％rGO最高達(dá)到715