【摘 要】
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氢能被认为是实现低碳经济以及可持续的能源供应的理想载体。利用光解水产氢技术将太阳能转化为环境友好型的替代能源,是缓解能源危机和环境污染的一项有吸引力的策略。因此,建立高效的光解水催化体系是一种有效的方式。g-C3N4是一种以3-s-三嗪环为基本结构单元的层状聚合物,因其独特的结构和优良的性能而引起了科研工作者的兴趣,且已有一系列的研究进展。然而,基于g-C3N4的光解水产H2技术还远远达不到预期的
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氢能被认为是实现低碳经济以及可持续的能源供应的理想载体。利用光解水产氢技术将太阳能转化为环境友好型的替代能源,是缓解能源危机和环境污染的一项有吸引力的策略。因此,建立高效的光解水催化体系是一种有效的方式。g-C3N4是一种以3-s-三嗪环为基本结构单元的层状聚合物,因其独特的结构和优良的性能而引起了科研工作者的兴趣,且已有一系列的研究进展。然而,基于g-C3N4的光解水产H2技术还远远达不到预期的效果,因此仍需深入探究。本文以g-C3N4材料为基础,通过界面工程与新兴材料复合制备出异质结光催化剂:MOF衍生的TiO2/多孔g-C3N4S型异质结光催化剂以及3D/2D g-C3N4/Ti3C2MXene范德华（vdW）异质结光催化剂。通过对制备的光催化剂的光解水产H2能力进行测试,用以系统地评估它的光催化性能。在不同带通滤光片下进行光解水产H2实验并依据对应地公式计算出相应的AQY值。本文为基于g-C3N4异质结的构筑及其在产H2方面的应用提供了新的思路。主要研究内容和结论如下:（1）MOF衍生的TiO2/多孔g-C3N4（MTO/PCN）S型异质结光催化剂的制备及其性能研究:设计了一种以多孔g-C3N4为还原半导体光催化剂,MOF衍生TiO2为氧化半导体光催化剂的具有匹配带隙的S型异质结。考察了在不同溶液中（TEOA水溶液、纯水、RhB水溶液）MTO/PCN S型异质结光催化剂在可见光下的光解水产氢性能。结果表明,催化剂在三种溶液中皆表现出优异的光催化活性,且在RhB水溶液中可作为双功能催化剂,产H2的同时降解污染物。这是由于新型S型的MTO/PCN异质结促进了空间电荷分离,保留了具有较高氧化还原能力的有用的空穴和电子,有益于光催化活性。（2）3D/2D g-C3N4/Ti3C2 MXene（HPCN/TiC）vdW异质结光催化剂的制备及其性能研究:通过在3D多孔g-C3N4表面均匀分布Ti3C2 MXene纳米片,制备了独特的混合维vdW异质结,这为载流子的输运提供了强大的驱动力。通过可见光下的光解水实验对HPCN/TiC在不同溶液中（TEOA水溶液、纯水、RhB水溶液）的产H2性能进行评估。实验结果证明HPCN/TiC异质结光催化剂是一种高效的光催化剂。光催化活性的增强归因于Ti3C2 MXene本身固有的良好导电性,其可以作为一个媒介起到迅速聚集电子的重要作用。此外,vdW异质结提供的强大的内驱力对促进载流子的快速转移起到主导作用。
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