納米g--C3N4光催化劑的改性及機(jī)制研究.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展及化石燃料等不可再生資源的消耗，環(huán)境和能源危機(jī)已成為人們急需解決的首要問(wèn)題。太陽(yáng)能作為一種取之不盡用之不竭且清潔環(huán)保的能源，在解決能源短缺和污染消除等方面得到了人們的關(guān)注。其中，半導(dǎo)體光催化技術(shù)被視為一種可再生的、經(jīng)濟(jì)的、安全清潔的技術(shù)，因此成為人們研究的熱點(diǎn)。同時(shí)，可見(jiàn)光在太陽(yáng)光譜中大約占44％，因此，發(fā)展高效的可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體光催化劑是非常必要的。g-C3N4作為一種廉價(jià)易得、穩(wěn)定、無(wú)二次污染、具有獨(dú)特表面結(jié)構(gòu)的新型窄

2、帶隙高分子聚合物半導(dǎo)體得到了廣泛的研究。然而，其在太陽(yáng)光照射下的光催化性能仍不盡人意，不能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用。這通常是因?yàn)間-C3N4的光生電荷分離差和可見(jiàn)光利用率低。由于空穴帶正電，因此選用帶負(fù)電的離子極化是有望來(lái)調(diào)控誘導(dǎo)空穴。同時(shí)選擇具有敏化作用的酞菁染料有望拓展其可見(jiàn)光響應(yīng)?；诖耍菊撐拈_(kāi)展了具有電負(fù)性很強(qiáng)的鹵素離子修飾對(duì)g-C3N4的改性以及利用金屬酞菁修飾改性的工作，提高g-C3N4光催化活性，并深入研究活性提高的機(jī)制。本文主要包

3、含兩部分工作:
　　首先，我們探索了鹵素離子極化對(duì)g-C3N4電荷分離的影響。利用濕化學(xué)法引入Cl-對(duì)g-C3N4進(jìn)行修飾改性，提高了材料對(duì)有機(jī)污染物降解和CO2還原的活性。基于穩(wěn)態(tài)表面光電壓譜、氮?dú)鈼l件下的瞬態(tài)表面光電壓譜和羥基自由基的測(cè)試結(jié)果，得出光催化活性提高歸因于Cl-捕獲空穴從而提高電荷分離的結(jié)果。除此之外，形成的·OH作為空穴反應(yīng)生成的直接產(chǎn)物在2，4-DCP降解中占主導(dǎo)作用。并且通過(guò)質(zhì)譜的結(jié)果，對(duì)降解過(guò)程中的主要中間

4、體進(jìn)行了剖析，提出了與·OH攻擊密切相關(guān)的2，4-DCP的降解路徑及機(jī)制。同時(shí)，通過(guò)進(jìn)一步對(duì)g-C3N4進(jìn)行不同鹵素離子(F-、Br-)修飾，證明鹵素中的其它離子修飾改性也能提高g-C3N4的光催化活性，然而Cl-修飾是最好的。結(jié)合氣氛光伏結(jié)果，證明了無(wú)論Cl-和Br-修飾捕獲空穴的機(jī)制，還是F-修飾形成的表面負(fù)場(chǎng)，都可以說(shuō)明通過(guò)鹵素離子修飾誘導(dǎo)表面極化，增強(qiáng)電荷分離的機(jī)制是可行的。
　　其次，我們探究了金屬酞菁修飾對(duì)g-C3N4

5、可見(jiàn)光活性的影響。利用浸漬法將過(guò)渡金屬酞菁對(duì)g-C3N4進(jìn)行修飾改性?；诜€(wěn)態(tài)光伏、固體熒光及羥基自由基測(cè)試結(jié)果，證明了金屬酞菁的引入能夠提高g-C3N4的光生電荷分離效率，從而增強(qiáng)了光催化降解2，4-DCP和CO2還原的能力，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)CuPc修飾的g-C3N4光催化活性最好。并且對(duì)CuPc修飾g-C3N4進(jìn)行了深入的探究，找到了修飾的最佳量。通過(guò)氮?dú)庀路€(wěn)態(tài)光伏及單波長(zhǎng)羥基自由基測(cè)試，證明了光催化活性提高歸因于CuPc的引入，與g-