纳米多孔结构修饰g-C3N4的制备及性能研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:wjh101
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石墨相氮化碳(g-C3N4)是近年来较新型的一种碳材料,拥有高稳定性、无毒性、高吸附能力和良好的光学性能,并且生产工序简易、成本低廉。然而,传统的g-C3N4呈块状,形貌容易发生团聚,导致比表面积低和活性位点少,且自身导电性差,这阻碍了其在电化学、光催化等领域的应用。通过结构改性、缺陷调控、原子掺杂等可以有效地解决了上述问题。本论文主要研究g-C3N4的纳米多孔结构的修饰和氮缺陷调控。通过控制氩气氛围中的煅烧温度,酸刻蚀时间及刻蚀对象对g-C3N4进行改性,从而得到富含氮缺陷以及具备纳米多孔结构的g-C3N4,并进一步研究了缺陷及多孔结构对其电化学和光催化性能的影响。通过热缩聚法制备出纳米多孔片状g-C3N4(S-g-C3N4),再对S-g-C3N4进行氩气氛围下的煅烧处理,煅烧温度为650℃、750℃、850℃。通过形貌及结构分析,当煅烧温度为750℃时,得到富含氮缺陷的纳米多孔S-g-C3N4-750。温度过低时(650℃)无法引入丰富的缺陷。温度过高时(850℃)多孔结构被破坏。同样利用热缩聚法,以三聚氰胺为前躯体制备出空心管状g-C3N4(T-g-C3N4),再使用醋酸刻蚀T-g-C3N4,刻蚀时间为12 h、24 h、48 h。当醋酸处理T-g-C3N4时间为24 h时,其产物(T-g-C3N4-2)管的外壁出现大量垂直的多孔纳米管,内壁出现丰富的二维介孔。醋酸处理时间过短(12 h),只能形成少量的纳米孔结构,醋酸处理时间过长(48 h)会使多孔结构坍塌。同时,使用醋酸以同样的时间先刻蚀三聚氰胺,再进行热缩聚反应。只有当醋酸刻蚀时间为24 h时,产物(T-g-C3N4-5)表面会产生了一些纳米孔。时间过短(12 h)产物无纳米孔结构产生,时间过长(24 h)管状结构被破坏。基于S-g-C3N4-750/CNT改性隔膜的锂硫电池表现出优异的电化学性能,首圈循环放电比容量在0.2 C下高达1128 m Ah g-1,在100圈循环后仍有69%的容量保留率。基于T-g-C3N4-2/S电极的锂硫电池在7 mg cm-2的高载硫条件下,在0.1 C时达到了4.72m Ah cm-2的优异的单位面积容量。在可见光照射下,S-g-C3N4-750光催化剂辐照4 h后对甲基橙降解率达到80%,是S-g-C3N4光催化效率的两倍以上。而T-g-C3N4-2对甲基橙的降解率同样高达80%,远远高于T-g-C3N4的47%和T-g-C3N4-5的59%。
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