【摘 要】
：
石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种具有层状结构的非金属有机聚合物半导体材料,由于其合成简单、原料丰富、具有适宜的能带结构和可见光吸收、良好的化学稳定性等优点,被广泛地用做光解水制氢及还原CO2的催化剂。但是g-C3N4作为一种有机半导体,存在电子传输速率较低、对可见光的吸收较弱等问题,且由于其层状结构之间容易发生堆积,导致g-C3N4的比表面积小,催化活性位点少等问题使得g-C3N4光催化剂的光生
论文部分内容阅读
石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种具有层状结构的非金属有机聚合物半导体材料,由于其合成简单、原料丰富、具有适宜的能带结构和可见光吸收、良好的化学稳定性等优点,被广泛地用做光解水制氢及还原CO2的催化剂。但是g-C3N4作为一种有机半导体,存在电子传输速率较低、对可见光的吸收较弱等问题,且由于其层状结构之间容易发生堆积,导致g-C3N4的比表面积小,催化活性位点少等问题使得g-C3N4光催化剂的光生载流子容易复合,严重制约了g-C3N4光催化性能的提升。制备基于g-C3N4的纳米材料是提升其催化性能的有效途径。g-C3N4纳米片由于具有较大的比表面积,较多的活性位点和的快速的电子-空穴分离能力而引起了研究者的广泛关注。热氧化剥离是制备g-C3N4纳米片的有效方法,但是得到的纳米片具有较多的缺陷,影响了其催化性能的提升。因此,探索原位合成g-C3N4纳米片的方法对提升其催化性能具有重要的意义。针对以上问题,我们设计了如下两部分研究内容:1.超薄g-C3N4纳米片的原位制备及其光催化制氢应用。在本章中,我们通过简单的调节物理球磨法的研磨时间来调节g-C3N4的前驱体尿素的颗粒大小,以此为原料原位合成了形貌规整的超薄g-C3N4纳米片,我们通过多种手段对其进行表征,并对其生长机理进行了初步研究。条件实验表明,前驱体尿素的颗粒大小是纳米片合成的关键,只有合适的球磨时间得到的尿素颗粒作为前驱体才能烧结得到g-C3N4纳米片。SEM和TEM表明采用该方法制备得到的纳米片形貌规整且均一,显示了典型的片状结构。X射线衍射（XRD）、傅里叶-变换红外光谱（FT-IR）、氮气吸脱附实验、荧光光谱（PL）及X射线光电子能谱（XPS）等测试表明g-C3N4纳米片的结构和光化学性质相比于大块的g-C3N4发生明显变化。紫外-可见光吸收光谱（UV-Vis）证明g-C3N4纳米片相比原始g-C3N4的吸收光谱范围有了明显的红移和拓宽。光电流测试表明g-C3N4纳米片的电子-空穴分离效率有了显著的提高。我们通过可见光催化水分解产氢测试对其催化性能进行了研究,结果表明超薄g-C3N4纳米片的光催化产氢性能相对于同样条件下原始尿素制备得到的g-C3N4提升了3倍,比传统方法制备的块状g-C3N4提升了接近80倍。该研究表明通过球磨法调节前驱体尺寸作为前驱体原位制备二维超薄g-C3N4纳米片是一种提高光催化性能的很简单有效的方法。2.超薄g-C3N4纳米片@Co2+的制备及其可见光催化CO2还原性能研究。在第一部分实验基础上,我们将钴离子(Co2+)作为助催化活性位点通过配位方式引入g-C3N4纳米片,制备得到了g-C3N4纳米片@Co2+,并对其光催化CO2还原性质进行了研究。SEM和TEM测试表明Co2+离子配位过程没有改变g-C3N4纳米片的形貌,相应的Mapping测试证明助催化剂Co2+成功地与纳米片复合,且均匀分布在纳米片表面;X射线衍射（XRD）测试表明Co2+离子配位没有改变纳米片的内部结构;傅里叶变换-红外光谱（FT-IR）测试表明Co2+是通过配位方式与纳米片进行了复合。我们对其光催化CO2还原性能进行了测试,结果表明g-C3N4纳米片@Co2+催化剂可以将CO2还原为CO,且催化性能是同样条件下得到的原始大块g-C3N4@Co2+催化剂的2倍。遮光/避光实验说明还原的CO来源于催化反应,TEA配位实验说明活性中心是和TEA配位在g-C3N4纳米片上的Co2+的而不是体系中游离的Co2+,该实验结果表明我们制备的超薄g-C3N4纳米片@Co2+催化剂,具有优异的光催化还原CO2性能,进一步的证明了通过前驱体尺寸控制原位制备得到的超薄g-C3N4纳米片的优异的光催化活性。
其他文献
风能、太阳能等间歇性可再生能源的利用和集成需要高效的能源存储系统,新能源汽车或电动汽车的兴起,以及柔性便携式电子器件的开发等,都大大促进了对能量密度高、循环寿命长、机械灵活性强的储能系统的要求。锂-硫电池因其具有较高的理论比容量（1675 m Ah/g）以及理论能量密度（2600 Wh/kg）,硫在自然界的储量丰富、无毒、环境友好等令人着迷的特性,有望成为下一代能量存储系统。然而,锂-硫电池活性物
锂硫（Li-S）电池因具有较高的理论能量密度(2600 Wh Kg-1)、活性材料硫存储丰富、价格低廉、环境友好等优点,引起了人们的广泛关注,是一种极具发展前景的高比能二次电池。然而在实际应用中锂硫电池依然面临着许多问题,例如硫及其放电产物导电率低、多硫化物的“穿梭效应”、充放电循环过程中的体积膨胀等,严重制约着锂硫电池的发展。针对以上问题,本文设计和制备了具有蛋黄-蛋壳（Yolk-shell）结
近年来,光学纳米探针被广泛用于肿瘤标记物检测等疾病诊断领域。与量子点等荧光探针相比,基于等离子体纳米颗粒的表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman Scattering,SERS）探针具有峰形窄、灵敏度高、抗光漂白、操作简单等优势,有望成为下一代高灵敏度纳米探针。当前,基于单颗粒等离子体纳米颗粒合成的SERS探针,因其合成方法简单高效被广泛应用,但其表面电磁场较弱导致信号增强
过氧化氢（H2O2）是多功能氧化酶催化的各种生物反应中最重要的底物之一,是人体衰老、细胞损伤以及疾病发生的重要信号,例如阿尔茨海默病、自身免疫性疾病、癌症等,因此,对H2O2的高灵敏性、高选择性检测十分重要。电化学技术因其操作简便、灵敏度高、线性范围宽、检测限低、分析迅速等优势而备受关注。在过去的几十年中,基于酶的电化学传感器因其良好的选择性和灵敏度广受研究。然而,低稳定性、高成本限制了基于生物酶
癌症已经成为严重威胁人类健康的主要公共卫生问题之一,目前传统的癌症治疗方法存在费用高、毒副作用明显的问题,研究和开发更为有效的抗癌疗法成为人类健康发展的迫切需求。光疗是近年来发展的一种新型治疗手段,包括利用光生单线态氧杀死肿瘤的光动力治疗（PDT）和光热转换产生高温的光热治疗（PTT）,具有毒副作用小、创伤小、操作简便和费用低等独特优异性,将PDT和PTT结合起来的联合治疗可以提高肿瘤部位乏氧环境
燃料电池因能量转化率高、续航能力长、环境友好等优点受到了研究者的广泛重视。但其内部阴极氧还原反应（ORR）动力学过程缓慢,限制了整个体系的高效运转,因此开发高效的阴极氧还原催化剂十分重要。过渡金属氮碳（M-N-C）是当前最有发展前景的一类ORR催化剂,研究发现原子级分散的双过渡金属（M1-M2-Nx-C）氮碳材料可有效发挥双金属位点协同效应,提高氧气的吸附及其断键能力,四电子选择性更强,且最终表现
薄膜太阳能电池由于成本低、便于大面积连续生产等优点,受到了国内外研究人员的广泛关注。柔性太阳能电池可以通过卷对卷（roll-to-roll）技术来实现低成本的大面积生产,同时具有轻薄、高功率重量比等特点,在一些独特的领域,如建筑墙体、穿戴设备以及移动电源等,具有广阔的应用前景。Cu2Zn Sn（S,Se）4（CZTSSe）因元素储量丰富无毒、光吸收系数高、稳定性好、理论转换效率高等优点,被认为是绿
对重症急性胰腺炎（severe acute pancreatitis,SAP）并发脾静脉血栓的防治研究现状进行综述，目前对于SAP并发症的治疗是以保守治疗为主的多学科综合模式，包括增强CT检查到一系列抗凝、介入溶栓、血液净化、中医药治疗及早期营养支持等综合诊治方案，可对SAP并发脾静脉血栓做出快速诊断、病情评估、及时规范化治疗，以期降低脾静脉血栓发生率，缩短患者住院时间。
量子点发光二极管（quantum dot light-emitting diode,QLED）,具有色纯度高、稳定性好、光谱可调等优势,在光电子领域中具有广泛的应用。QLED器件一般由电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层等组成。其中,高功函的空穴注入层对降低空穴从阳极到空穴传输层之间的界面势垒起到重要的作用。目前空穴注入层材料通常采用（3,4-乙烯二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸盐（PE
肿瘤具有侵袭性强、发病率高和易复发等特点,成为了威胁人类健康的医学难题之一。传统的手术、放疗、化疗等治疗方法存在特异性小、全身毒副作用大、侵害性强且缺乏成像示踪等问题,无法满足人们的诊疗需求,因此开发具有优异成像功能的高效纳米试剂用于肿瘤的可视化诊疗具有重要意义。化学动力学疗法（Chemodynamic therapy,CDT）是一种新型高效的肿瘤治疗方法,利用芬顿反应催化细胞内源性H2O2生成羟