纳米g-c3n4光催化剂的改性及机制研究

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1、分类号UDC密级公开硕士研究生学位论文纳米g-C3N4光催化剂的改性及机制研究申请人:李佳栋学号:2151176培养单位:化学化工与材料学院学科专业:物理化学研究方向:光电化学与光催化指导教师:井立强教授完成日期:2018年3月15日中文摘要中文摘要随着工业的发展及化石燃料等不可再生资源的消耗，环境和能源危机已成为人们急需解决的首要问题。太阳能作为一种取之不尽用之不竭且清洁环保的能源，在解决能源短缺和污染消除等方面得到了人们的关注。其中，半导体光催化技术被视为一种可再生的、经济的、安全清洁的技术，因此成为人们研究的热点。同时，可见光在太阳光谱中大约占44%，因此，发展高效的可见光驱动半导

2、体光催化剂是非常必要的。g-C3N4作为一种廉价易得、稳定、无二次污染、具有独特表面结构的新型窄带隙高分子聚合物半导体得到了广泛的研究。然而，其在太阳光照射下的光催化性能仍不尽人意，不能满足实际应用。这通常是因为g-C3N4的光生电荷分离差和可见光利用率低。由于空穴带正电，因此选用带负电的离子极化是有望来调控诱导空穴。同时选择具有敏化作用的酞菁染料有望拓展其可见光响应。基于此，本论文开展了具有电负性很强的卤素离子修饰对g-C3N4的改性以及利用金属酞菁修饰改性的工作，提高g-C3N4光催化活性，并深入研究活性提高的机制。本文主要包含两部分工作：首先，我们探索了卤素离子极化对g-C3N4电

3、荷分离的影响。利用湿化学法引-对g-C入Cl3N4进行修饰改性，提高了材料对有机污染物降解和CO2还原的活性。基于稳态表面光电压谱、氮气条件下的瞬态表面光电压谱和羟基自由基的测试结果，得出光催化活性提高归因于Cl-捕获空穴从而提高电荷分离的结果。除此之外，形成的•OH作为空穴反应生成的直接产物在2,4-DCP降解中占主导作用。并且通过质谱的结果，对降解过程中的主要中间体进行了剖析，提出了与•OH攻击密切相关的2,4-DCP的降解路径及机制。同时，通过进一步对g-C3N4进行不同卤素离-、Br-）修饰，证明卤素中的其它离子修饰改性也能提高g-C子（F3N4的光催化活性，然而Cl-修饰是最好

4、的。结合气氛光伏结果，证明了无论Cl-和Br-修饰捕获空穴的机制，还是F-修饰形成的表面负场，都可以说明通过卤素离子修饰诱导表面极化，增强电荷分离的机制是可行的。其次，我们探究了金属酞菁修饰对g-C3N4可见光活性的影响。利用浸渍法将-I-黑龙江大学硕士学位论文过渡金属酞菁对g-C3N4进行修饰改性。基于稳态光伏、固体荧光及羟基自由基测试结果，证明了金属酞菁的引入能够提高g-C3N4的光生电荷分离效率，从而增强了光催化降解2,4-DCP和CO2还原的能力，通过对比发现CuPc修饰的g-C3N4光催化活性最好。并且对CuPc修饰g-C3N4进行了深入的探究，找到了修饰的最佳量。通过氮气下稳

5、态光伏及单波长羟基自由基测试，证明了光催化活性提高归因于CuPc的引入，与g-C3N4形成了异质结，使g-C3N4导带的电子转移到CuPc的LUMO能级上，降低了g-C3N4的电荷复合几率，同时拓展了其可见光响应。关键词：g-C3N4；光生电荷分离；卤素离子修饰；酞菁修饰；光催化活性-II-AbstractAbstractWiththedevelopmentofindustryandthedepletionofnon-renewableresourcessuchasfossilfuels,theenvironmentalandenergycrisishasbecometheprimary

6、issueurgentlyneededtobesolved.Asaninexhaustibleandcleansourceofenvironmentalenergy,solarenergyhasdrawnpeople'sattentioninsolvingenergyshortageandpollutionelimination.Amongthem,thesemiconductorphotocatalytictechnologyisconsideredasrenewable,economical,safeandcleantechnologyhasbecomethefocusofresea

7、rch.Atthesametime,visiblelightaccountsforabout44%inthesolarspectrum,soitisnecessarytodevelopefficientvisible-lightdriventhesemiconductorphotocatalyst.g-C3N4asacheap,stable,non-pollution,withauniquesurfacestructureofthe