氮化碳聚合物半導體的形貌調控及其光催化性能研究.pdf

1、利用太陽能進行光催化反應實現分解水得到氫氣和氧氣的方法近年來被證明是一種理想的代替化石燃料從而解決能源危機的重要途徑之一。因此，開發一種高效的光催化劑成為了一項非常重要的研究課題。石墨相氮化碳材料(g-C3N4)因其具有能利用可見光將水分解成氫分子和氧分子的能力而引起了研究者們廣泛的興趣。然而，傳統塊體g-C3N4材料的光催化性能會被其低的比表面積和高的載流子復合幾率所限制，這成為了g-C3N4材料在實際應用上的阻礙因素。因此，開發一種

2、簡單的方法來調控g-C3N4的結構，從而提高g-C3N4材料的光催化性能已經成為目前的研究重點之一。我們通過一些簡單有效的手段改變g-C3N4材料的形貌，從而實現g-C3N4材料在可見光下分解水產氫性能的提高。具體研究內容如下:
　　1.三聚氰胺的結構中具有三個等價的氨基，這三個氨基的存在使得三聚氰胺能夠與許多含氧基團形成氫鍵，從而獲得結構較為規整的前驅體。而在形成氫鍵的過程中，含氧基團中的所包含的雜原子可以被引入到前驅體中，在形

3、成特殊形貌的同時，實現了雜原子的引入。因此，我們選擇三聚氰胺為原料，配成水溶液后分別向其中加入不同量的未經稀釋的H2SO4，經過水熱過程得到由氫鍵連接的前驅體，再通過熱聚合過程得到S摻雜的g-C3N4材料。實驗中，我們通過控制混合溶液的pH值制備了一系列樣品。經表征發現，這種材料不但具有規則的形貌，同時由于反應中硫酸的參與而成功實現了S摻雜這一目標。由這種方法得到的g-C3N4材料具有較高的光生載流子分離率和較大的比表面積，這使得材料在

4、可見光催化產氫方面性能有所提升。
　　2.氫鍵有機框架(HOF)作為一種具有獨特骨架的新型結構一般用于氣體分離。但是，在本部分工作中，我們通過三聚氰胺與無機酸(如H2SO4，HNO3和HCI)反應，在常壓蒸發結晶，形成各種形態的類HOF前聚體。然后經過熱聚合過程，這種類HOFs結構的前聚體的形貌能夠較為完好的保持，并轉化為富氮結構的氮化碳材料。與傳統塊體CN相比，這種方法制備的氮化碳材料具有較高的氮含量。經表征證明，這是由于這種材

5、料的結構中具有更多的相對含氮量較高的三嗪環單元導致的。分析結果表明，由類HOF前聚體得到的氮化碳材料中包含更多的活性位點(N-C3)，導帶位置較低，具有更好的還原性，光催化析氫反應能力更強。這種合成方法為制備具有優異光催化活性的氮化碳材料提供了一種可行的途徑。
　　3.將三聚氰胺配成溶液后與半胱氨酸/鹽酸半胱氨酸反應，經水熱過程后得到表面帶有針狀分級結構的棒狀前聚體。將前聚體經過高溫煅燒后得到改性的g-C3N4材料。SEM測試證明