氮化碳基异质结构的构建及其光催化机制研究

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近年来,我国取得了突飞猛进的发展,但是伴随而来的是能源危机和环境问题。半导体光催化技术是将太阳能转化为化学能的重要途经,但是目前光催化的效率还是很低,所以开发高效稳定的光催化剂具有重要的意义。石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种无金属有机半导体催化剂,具有优异的物理和化学性质,被广泛用于各种光催化反应中。但是,块体g-C3N4作为半导体光催化剂也存在一些缺点。将半导体进行结合构建异质结被认为是提高半导体光催化效率最有效的方法之一。所以我们通过简单易操作的方法构建了g-C3N4基异质结构来提高光催化剂的性能。首先,通过水热法在管状C3N4(CN)上原位生长一层片状镍铬层状双氢氧化物纳米片(LDH),成功合成出CN-LDH复合材料。CN-LDH异质结构具有显著提高的析氢效率。性能改进主要归因于LDH和CN之间形成的紧密异质结构,这种紧密结合的结构加强了两个半导体之间的自由电荷扩散,形成强大的内建电场(BIEF)和能带弯曲。在BIEF的作用下,光生电荷可以被高效分离和定向快速转移,从而大大提高光催化效率。另外,报道了一种新颖的方法原位合成了管状C3N4-Zn In2S4异质结构(CN-ZIS),并将复合材料用于高效光催化产H2O2中。以三聚氰胺和固体亚磷酸自组装形成的超分子前驱体为模板,通过水浴的方法在前驱体上生长一层Zn In2S4(ZIS),最后通过高温煅烧的方法使前驱体聚合成管状C3N4(CN)。这种独特的结构能够提高催化剂对于可见光的吸收能力,并且促进了光生电荷的分离和转移。最后,通过一种简单的水浴方法在六方管状C3N4(CN)的表面原位包覆了一层Cd S纳米颗粒合成了CN@Cd S复合材料,管状CN作为一种优良的载体可以有效地防止Cd S纳米颗粒的聚集,这种结构有利于可见光的吸收。二者之间能带结构相匹配,能够形成Ⅱ型异质结构,促进了光生电子-空穴的分离。CN@Cd S异质结构的光催化苯甲醇氧化的效率明显提高。
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