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摘 要

本文以多孔g-C₃N₄和多孔3D碳制备多孔g-C₃N₄/3D多孔碳材料复合光催化剂，利用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等表征测试方法对样品进行结构和形貌分析，运用荧光反射光谱测试、紫外可见光谱对材料的光学性质进行研究，并通过光解水制氢实验评价其光催化活性。相比传统的碳助剂，3D 多孔碳具有丰富的孔道结构以及优异的导电性，这些都有利于光生载流子的分离和迁移。预期g-C₃N₄/3D多孔碳复合光催化材料相比传统的石墨相氮化碳/碳材料复合光催化体系具有更优异的光催化水分解效率，这可以归因于3D多孔碳丰富的孔结构有利于光生载流子快速的迁移和分离，进而有利于其参与光催化反应，进而提高光催化剂光催化效率。

关键词： 多孔g-C₃N₄；3D多孔碳；光催化；水分解

Preparation and Photocatalytic Properties of Graphite Phase Carbon Nitride /3D Porous Carbon Composite Photocatalyst

Abstract

In this paper, porous g-C₃N₄ and porous 3D carbon are used to prepare porous g-C₃N₄/3D porous carbon composite photocatalyst. The structure and morphology of the sample are analyzed by infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and other characterization testing methods. The optical properties of the material are studied by fluorescence reflectance spectroscopy and ultraviolet-visible spectroscopy. The photocatalytic activity is evaluated by photolysis of water for hydrogen production experiment. Compared with traditional carbon additives, 3D porous carbon has rich pore structure and excellent conductivity, which are beneficial to the separation and migration of photo-generated carriers. It is expected that the g-C₃N₄/3D porous carbon composite photocatalysis material has better photocatalytic water decomposition efficiency than the traditional graphite phase carbon nitride/carbon composite photocatalysis system, which can be attributed to the 3D porous carbon rich pore structure being conducive to the rapid migration and separation of photo-generated carriers, thus being conducive to their participation in the photocatalytic reaction, and further improving the photocatalytic efficiency of the photocatalyst.

Key Words: Porous g-C₃N₄; 3D porous carbon; Photocatalytic;Water splitting

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1背景 1

1.1.1光催化氢和光催化剂的出现 1

1.1.2光催化剂的原理 1

1.1.3改善光催化性能的方法 1

1.1.4多种光催化剂的出现 2

1.2 g-C3N4出现 3

1.2.1g-C₃N₄的性质和结构 3

1.2.2g-C₃N₄的制备方法 3

1.2.3g-C₃N₄的优缺点 4

1.2.4g-C₃N₄光降解有机污染物的关键因素 4

1.2.5g-C₃N₄光催化剂的改性研究 4

1.2.6多孔g-C₃N₄/3D多孔碳材料复合光催化剂的出现 6

第二章 实验部分 7

2.1实验物品 7

2.2多孔g-C₃N₄的制备 7

2.3 3D多孔碳的制备 7

2.4 g-C₃N₄/3D多孔碳材料复合光催化剂 7

第三章 分析与讨论 9

3.1扫描电镜SEM 9

3.2 X射线衍射XRD 10

3.3红外光谱FT-IR 10

3.4紫外可见光谱 11

3.5催化剂的荧光反射光谱测试 12

3.6催化剂的光电流测试 12

3.7催化剂的应用分析 13

3.8制备氢气的速度分析 13

第四章 结果和展望 15

4.1结果 15

4.2展望 15

参考文献 16

致谢 18

第一章 绪论

1.1背景

伴随着人类高新技术的发展，以及工业化、城市化带来的影响，大量重金属离子、放射性核素、农药、个人护理用品和持久性有机污染物不可避免地出现在自然中。这些环境污染物对人类健康有毒，在自然条件下很难降解成毒性较小的化学品。重金属离子在食物链中的积累导致了金属离子从土壤或水中向人体的转化。最好的方法是从受污染的系统中去除金属离子/放射性核素^[1]。为了从水溶液中去除金属离子/放射性核素，通过吸附剂、离子交换剂或聚合物的吸附或提取可以有效地从溶液中去除污染物。然而，这些方法对受污染的土壤或沉积物没有用处^[2]。对于持久性有机污染物，在短时间内有效消除持久性有机污染物是困难的。迄今为止，生物降解、光催化降解、吸附、混凝、沉淀、还原等多种处理技术已被应用于消除土壤、河流、废水等有害污染物^[3]。在这些技术中，生物降解、光催化降解、凝聚和吸附是消除有机污染物的有效方法，而吸附、凝聚和沉淀适用于消除金属离子。混凝、沉淀和吸附可以快速去除高浓度废水中的污染物。然而，这些技术对于低浓度是无效的，尤其是在复杂的条件下。对于具有氧化还原性质的金属离子，吸附-还原-沉淀策略对于高价金属离子的固相化和固定化可能是有效的，因为自然环境中金属离子是从高价到低价的还原-固化。对于有机污染物，光催化去除是一种简单易行的技术，可以将有机污染物降解成毒性较小的分子，甚至降解成二氧化碳和H₂O。

1.1.1光催化氢和光催化剂的出现

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