改性g-C3N4材料的制备及其应用于光催化产H2O2

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g-C3N4是一种对可见光有响应的非金属半导体材料,其电子结构独特,结构稳定,具有合适的价带和导带位置,有着其他半导体催化剂都无法比拟的优良特性。但是它在应用中也存在着一定的缺陷,例如:(1)只能吸收部分可见光;(2)比表面积小,活性位点少;(3)光生电子和空穴的复合率高;(4)光生电子传输地动力学迟滞。这些缺陷都大大限制了其在光催化上的应用。为了提高其光催化活性,本文进行了g-C3N4光催化剂的改性研究。通过将g-C3N4与其他半导体复合或负载助催化剂,使得催化剂对可见光的吸收增强,光生电子传输速度加快,降低电子和空穴的复合率。改性后的g-C3N4光催化剂应用于在可见光下光催化产H2O2,其催化活性得到很大的提高。具体研究工作如下:  本文第二章,通过简单的煅烧法成功制备了WO3-x/g-C3N4复合材料,并首次应用于光催化产H2O2。在可见光照射下,WO3.Jg-C3N4复合材料的光催化产H2O2的速率比g-C3N4、WO3-x分别的高5.7倍和6.7倍。对该复合材料的结构、形貌和光学性质进行表征分析之后发现,复合催化剂对可见光的吸收增强,且能够快速地分离电子和空穴。除此之外,由于WO3-x的氧缺陷能够在表面吸附氧,增大催化剂表面的氧气浓度,从而在动力学上加快光催化产H2O2的量,也进一步促进了复合物光催化产H2O2的效率。  本文第三章,采用原位负载的方法在g-C3N4上原位负载了CoP纳米颗粒,成功地制备出经济、高效、稳定的CoP/g-C3N4复合催化剂。助催化剂CoP的存在使得复合催化剂对可见光的吸收增强,两者紧密接触有助于助催化剂快速地传输光生电子,抑制了光生电子和光生空穴的复合,提高了光生电子的利用率,进而提高了光催化活性。最后,将此复合催化剂应用于光催化产H2O2,发现最优负载量的复合催化剂的光催化产H2O2的活性比g-C3N4、CoP分别高4.6倍和23.3倍,经过循环使用实验发现,此复合催化剂也具有比较好的稳定性。  本文第四章,通过简单的原位负载的方法,在g-C3N4上原位生长了双过渡金属磷化物NiCoP作为廉价助催化剂,成功制备出经济、高效、稳定的NiCoP/g-C3N4复合催化剂,NiCoP在g-C3N4表面能够均匀分散。之后将此催化剂应用于光催化产H2O2,H2O2的产量得到了很大的提高。通过对复合催化剂的结构性质、光学以及电学性质的探究发现,NiCoP作为一种高效的助催化剂,能够增强复合催化剂对可见光的吸收、还能提供更多的活性位点、加快光生电子地传输,使得光生电子能够快速地传输到活性位点上参与反应,进而提高催化剂的光催化活性。
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