【摘 要】
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近年来,科技进步给我们的生活带来很多便利,例如耗能的汽车带给我们便捷的交通方式,迅猛发展的化工业也大幅提高了人类的生产水平。然而,随之带来的是不可再生能源的快速损耗、工业生产排放的废物引起水污染和大气污染,这对生态环境和人们的健康造成了严重的潜在威胁。为了解决这些问题,科研学者们把目光都聚集在了清洁能源的开发和降解有机物对水环境的污染。随着研究的不断开展,发现可以利用半导体光催化剂的强氧化和还原能
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近年来,科技进步给我们的生活带来很多便利,例如耗能的汽车带给我们便捷的交通方式,迅猛发展的化工业也大幅提高了人类的生产水平。然而,随之带来的是不可再生能源的快速损耗、工业生产排放的废物引起水污染和大气污染,这对生态环境和人们的健康造成了严重的潜在威胁。为了解决这些问题,科研学者们把目光都聚集在了清洁能源的开发和降解有机物对水环境的污染。随着研究的不断开展,发现可以利用半导体光催化剂的强氧化和还原能力,在光照射下将水中的H+变成氢气;还可以将有机污染物彻底分解为CO2与水,而自身无损耗。这在能源和环境领域有着重要应用前景。首先,g-C3N4作为一种普遍的半导体材料,其成本较低、制作工艺简单、稳定性高等优点,使其在光解水制氢和有机物降解领域得到重点关注。然而,任何单一组分的半导体都会存在许多不足之处,如太阳能转换效率低、电荷分离/转移能力低、光催化反应速率不理想等问题。本文选择以g-C3N4作为基体,复合其他半导体来改善其光解水制氢速率和有机物降解速率。因此,通过系统制备异质结构,调节界面和内部载流子的传输和分离,使电荷利用率最大化,是进一步提高异质结构光催化效率的潜在策略,主要研究内容如下:（1）简单的水热方法制备出g-C3N4/ZnIn2S4复合材料,并通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和荧光分光光度计（PL）等对其进行表征。结果表明,Zn In2S4的负载量达到20 wt%时,g-C3N4/20 wt%Zn In2S4复合材料表现出最佳的光催化制氢性能,其光催化制氢速率可高达637.1μmol?g-1?h-1,分别是纯Zn In2S4的4倍和纯g-C3N4的37倍。其原因在于Zn In2S4和g-C3N4之间具有紧密的异质结结构,两者有效的结合改善组分的能带匹配和界面电荷转移,从而大幅地增强载流子的分离和迁移,进而提高光催化的性能。（2）以g-C3N4为基体的超薄纳米片上,通过简单的两步水热合成方法使g-C3N4、W18O49和RGO三者结合形成高效的三元复合材料异质结结构光催化剂,并通过在紫外光（UV）,可见光（Vis）和近红外光（NIR）的直接照射下对甲基橙的降解性能的研究,对其降解机理进行了系统的研究。结合一系列特征表明:g-C3N4/W18O49/RGO复合材料在紫外光条件下的甲基橙去除效果达到约90%,是纯g-C3N4的62.3倍;可见光条件下的甲基橙去除效果达到约82%,是纯g-C3N4的4.65倍;近红外光条件下的甲基橙去除效果达到约65%,是纯g-C3N4的6倍。这项研究对如何合理设计低成本催化剂解决有机物污染的问题提供了重要的思路。
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