石墨相氮化碳的改性与应用

第1章绪论 (1)

1.1引言 (1)

1.2 氮化碳(C3N4)的简介 (1)

1.2.1 C3N4的历史 (1)

1.2.2 C3N4材料的结构 (2)

1.3g-C3N4的制备方法 (3)

1.3.1 高温聚合法 (3)

1.3.2 高温高压法 (4)

1.3.3 溶剂热法 (4)

1.3.4 沉积法 (5)

1.4 g-C3N4的应用 (5)

1.4.1 催化领域 (5)

1.4.2 环境检测 (7)

1.4.3 医学领域的应用 (8)

1.4.4 能源领域 (8)

1.5 g-C3N4的改性 (9)

1.5.1微观结构调整 (9)

1.5.2 g-C3N4表面负载金属 (11)

1.5.3 无机元素掺杂 (11)

1.5.4 负载金属氧化物 (12)

1.6选题根据、研究方向以及创新点 (12)

1.6.1 选题根据 (12)

1.6.2 研究方向 (13)

1.6.3 创新点 (13)

第2章实验部分 (15)

2.1主要试剂及仪器设备 (15)

2.1.1 主要试剂及原料 (15)

2.1.2 实验仪器设备 (16)

2.2材料的结构表征以及形貌分析方法 (16)

2.2.1 扫描电子显微镜(SEM) (16)

2.2.2 原子力显微镜(AFM) (17)

2.2.3 透射电子显微镜(TEM) (17)

2.2.4 X射线衍射分析(XRD) (17)

2.2.5 X射线光电子能谱仪(XPS) (17)

2.2.6 拉曼光谱(Raman) (18)

2.2.7 固体紫外可见漫反射光谱(DRS) (18)

2.3 光催化性能的测试和超级电容器电化学性能测试 (18)

2.3.1 光催化性能的测试 (18)

2.3.2 超级电容器电极片的制备 (20)

2.3.3 超级电容器电化学性能测试 (20)

2.4本章小结 (23)

第3章高速剪切法快速剥离g-C3N4及其光催化性能 (24)

3.1引言 (24)

3.2实验部分 (24)

3.2.1 实验室制备g-C3N4粉末 (24)

3.2.2 单层g-C3N4纳米片快速剥离 (24)

3.3实验参数的优化 (25)

3.3.1 实验数据 (25)

3.3.2 实验数据分析与结果 (26)

3.4单层g-C3N4纳米片快速剥离 (26)

3.4.1 微观形貌分析 (26)

3.4.2 晶体结构以及光吸收性能分析 (27)

3.4.4 光催化性能研究 (29)

3.5多层g-C3N4纳米片快速剥离 (30)

3.5.1 实验步骤 (30)

3.5.2 光催化性能分析 (30)

3.5.3 剪切后的悬浮液稳定性研究 (31)

3.6本章总结 (32)

第4章金属氯化物辅助制备g-C3N4及其光催化性能 (33)

4.1引言 (33)

4.2 实验部分 (33)

4.2.1 材料的合成 (33)

4.2.1 光催化性能检验 (34)

4.3材料的表征 (34)

4. 3.1 微观形貌分析 (34)

4.3.2 XRD分析结果 (35)

4.3.3 光学性能分析 (37)

4.3.4 光催化性能分析 (38)

4.4本章小结 (39)

第5章g-C3N4改性葡萄糖基活性炭材料及其超级电容器性能 (41)

5.1引言 (41)

5.2实验部分 (41)

5.2.1 g-C3N4量子点的制备 (41)

5.2.3 含氮多孔活性炭的制备 (42)

5.3结果与讨论 (42)

5.3.1 产率的分析 (42)

5.3.2 微观形貌分析 (43)

5.3.3 样品的XRD分析 (44)

5.3.4 Raman测试分析 (45)

5.3.5 X射线光电子能谱分析 (46)

5.3.6 BET分析 (47)

5.3.7 样品的电化学性能分析 (49)

5.4本章小结 (52)

第6章总结与展望 (53)

6.1总结 (53)

6.2展望 (54)

参考文献 (55)

致谢 (65)

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果 (66)

第1章绪论

1.1 引言

现代经济不断的发展，人类对矿物质能源的依赖变得更加严重。矿物质能源属于不可再生能源，随着经济的发展，有限的矿物质能源与人类社会发展之间的矛盾将更加显著。与此同时，使用大量的矿物质能源将引起三废污染、温室效应等环境问题。为此，开发可再生清洁能源成为世界科研领域迫切的任务。

太阳能是一种可再生清洁能源，使用太阳能不会破坏人类的生存环境，目前为止，实现太阳能的充分利用成为科学家的主要目标。光催化剂可以加速分解一些有机物，加快一些化学反应过程，从而使太阳能转变为化学能，因而光催化剂是有效利用太阳能的重要媒介之一[1]。

石墨相氮化碳(g-C3N4)由C、N元素组成，C、N元素在地球上极为丰富，原材料获取简单，因此g-C3N4是一种廉价的非金属半导体材料[2]。g-C3N4化学性质稳定，光学带隙为2.7eV[3]，与此同时g-C3N4具有易于调整的类石墨层状结构[4]，科学家可以通过改变g-C

N4的结构从而改良材料的光催化性能[5]。除光催化

外，g-C3N4在其它多个领域都具有巨大的应用前景，上述优点使其迅速成为现代化学和材料研究的热点之一[6]。

科学家常将块体g-C3N4剥离成单层的g-C3N4纳米片来增加光催化降解有机染料以及提高光催化分解水制氢效率。到目前为止，剥离块状g-C3N4的方法有超声剥离法、化学反应剥离法以及离子插层法等[7-9]，单层的g-C3N4能进一步提高材料的性能，与此同时也可以经过离子掺杂调整带隙，金属或非金属同g-C3N4复合来增强材料的吸光强度，上述方法都能提高g-C3N4的催化效率[10-11]。g-C3N4经过改性后拥有更好的性能，有希望解决破坏人类生存环境的一系列问题，改性后的g-C3N4还能为人类提供清洁并且可持续的能源[12-13]，从而缓解人类对矿物质能源的依赖。

1.2氮化碳(C3N4)的简介

1.2.1C3N4的历史

C3N4的历史可以回溯到1834年，Berzdius和Liebig最先合成出了聚合物型的氮化碳[14]，他们称这个聚合物为melon如图1.2(a)所示，这是已知的关于氮化碳最早的报道。1922年Franklin采用了“C3N4”的概念，并且成功推测出最终