氮化碳及其复合材料的制备与光催化性能研究

《氮化碳及其复合材料的制备与光催化性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代号10532学号S150700526分类号O469密级不保密硕士学位论文氮化碳及其复合材料的制备与光催化性能研究学位申请人姓名邹兰榕培养单位物理与微电子科学学院导师姓名及职称黄维清副教授学科专业物理学研究方向能源与环境纳米材料论文提交日期2018年5月15日学校代号：10532学号：S150700526密级：不保密湖南大学硕士学位论文氮化碳及其复合材料的制备与光催化性能研究学位申请人姓名：邹兰榕导师姓名及职称：黄维清副教授培养单位：物理与微电子科学学院专业名称：物理学论文提交日期：2018年5月15日论文答辩日期：2018年5月2

2、8日答辩委员会主席：王玲玲教授StudiesonsynthesisandphotocatalyticpropertiesofcarbonnitrideanditscompositesbyZOULanRongB.S.(MinnanNormalUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinPhysicsintheGraduateschoolofHunanUniversitySupervis

3、orProfessorHUANGWeiqingMay,2018氮化碳及其复合材料的制备与光催化性能研究摘要当今世界环境污染和能源短缺问题日益突出，半导体光催化技术在环境净化应用领域显示出独特的优势，尤其是在光降解有机污染方面，体现出的环境友好、高效、节能、清洁等优点。然而传统的半导体光催化剂光催化效率低以及光生载流子分离效率低的问题制约了其在光催化领域的发展。针对以上问题，本文发展了一种快速高效的制备超薄g-C3N4纳米片的方法。同时，采用油浴结合高温煅烧法制备新型的β-C3N4@CuO和β-C3N4@Cu2O异质结结构。通过多种表征手

4、段对样品的表面形貌、晶粒尺寸、微观结构等物理化学性质进行了系统的研究，以光催化降解染料MB作为模型反应进一步考察其光催化活性。本工作为设计制备高效、高催化活性的氮化碳光催化剂提供了实验基础。本论文的主要研究工作及成果如下：(1)发展了一种快速高效的剥离法，设计制备了g-C3N4纳米片，剥离时间仅约1分钟，产率高达约30％。与传统的剥离方法相比，该方法无需繁琐的过滤和洗涤的步骤，具有操作简洁、高效可靠的特点。研究表明，经过剥离改性的g-C3N4，具有超薄的二维纳米片结构，平均横向尺寸约为75nm，最小厚度约为4nm。其光催化降解MB的反应

5、动力学常数是块体g-C3N4材料的3.1倍，且具有良好的稳定性。这可归因于二维纳米薄片和独特的光物理特性之间的协同效应。(2)采用简易回流结合热处理的方法，设计制备了新型β-C3N4@CuO异质结材料。通过控制反应二元混合溶剂水的用量，实现了对β-C3N4@CuO复合纳米材料表面形貌和晶体结构的调控。研究β-C3N4@CuO纳米片的光催化性能及其生长机理,同时从外因上探讨了捕捉剂对光催化性能的影响。结果表明，β-C3N4@CuO纳米片的光催化降解MB的速率分别是单独g-C3N4和P25的3.4倍和1.9倍。利用形貌、结构优势以及异质结结

6、构的共同作用来阐述其较高的光催化活性。基于固体的能带理论，进一步探究β-C3N4@CuO纳米片的光催化反应原理。(3)基于简易回流结合热处理方法，设计制备了具有优异光催化活性的新型β-C3N4@Cu2O复合材料。氯化铜的含量对样品的形貌以及光催化性能影响显著，当氯化铜和尿素的摩尔质量比为1:1时,制备了新型β-C3N4@Cu2O纳米线结构,直径约为30nm。β-C3N4@Cu2O纳米线光催化降解MB的速率是纯g-C3N4的5.4倍，通过研究光催化反应的主要活性自由基，揭示其光催化机理。关键词：g-C3N4；β-C3N4@CuO；β-C3

7、N4@Cu2O；光催化；亚甲基蓝II硕士学位论文AbstractTheincreasingchallengesinenvironmentalpollutionconcernsandenergyshortageissuesleadstotheconsiderableprogressofsemiconductorphotocatalysis.Semiconductorphotocatalysishasattractedextensiveattentioninthefieldofenvironmentalprotection,especial

8、lyinthedegradationoforganicwaterpollutantsduetotheadvantagesofenvironmentfriendly,efficient,energysavin