摘 要

由于化石燃料本身的不可持续性,以及燃烧化石燃料释放的大量

CO2 产生的温室效应、环境污染等严重的全球性问题, 构建洁净的、环境友好的 、非化石燃料的可再生新能源体系 ,已经成为世界各国高度关注的焦点和重大战略。

太阳能由于其取之不竭、洁净无污染、可再生等优点,必将在未来的新能源开发中占据举足轻重的地位。而氢作为一种能源载体,能量密度高,可储可运,且燃烧后唯一产物是水,不污染环境,被认为是今后理想的无污染可再生替代能源，因此光催化制氢技术被各国的科学家广泛追捧，太阳能制氢成为人类最理想, 也是非常具有挑战性的技术并且被誉为“21世纪梦的技术” 。

1972年,日本科学家Fujishima和Honda证明了在光照条件下半导体TiO₂材料能够分解水生成氢气, 揭开了光催化分解水制氢研究的新篇章。之后几十年间光催化分解水制氢技术得到长足发展。但总体来讲,太阳能光催化分解水的量子效率仍然较低,特别是直接分解水制取氢气的效率更低,远远不能满足实际应用的需求。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)材料具有类石墨相结构,由于廉价易得、独特的能带结构和良好的热学稳定性,被广泛应用于光解水制氢。在实际应用中, 为进一步提高g-C3N4 的光催化效果, 科研工作者开发了多种改进方法, 例如物理复合改性、化学掺杂改性、微观结构调整等。本文研究方向就是C量子点/ g-C3N4复合光催化剂的制氢研究。

关键词 光催化制氢 C量子点 g-C₃N₄

目录

摘要..................................................................................................... I

第一章 绪论........................................................................................... 1

1.1 引言.............................................................................................. 1

1.2 光催化技术概念、原理及影响光催化效率的因素................................... 1

1.2.1 光催化技术概念 .............................................................................................. 2

1.2.2 光催化技术基本原理 ...................................................................................... 2

1.2.3 影响光催化活性的因素 .................................................................................. 3

1.2.3.1 半导体的能带位置影响 .............................................................................. 3

1.2.3.2 粒径、比表面积及特殊形貌的影响 .......................................................... 4

1.2.3.3 表面基团的影响 .......................................................................................... 5

1.3 光催化剂改性技术的研究进展 ........................................................................................ 6

1.3.1控制形貌...................................................................................................... 7

1.3.2复合半导体 .......................................................................................................... 9

1.3.3离子修饰............................................................................................ 10

1.3.4 有机染料敏化...............................................................................10

1.4 石墨相氮化碳基研究简介 .............................................................................................. 11

1.4.1 石墨相氮化碳(g-C3N4 )研究背景 .................................................................. 11

1.4.2 石墨相氮化碳的制备与性质 ........................................................................ 12

1.4.2.1热缩聚法........................................................................12

1.4.2.2固相反应法........................................................................13

1.4.2.3电化学沉积........................................................................13

1.4.2.4溶剂热法........................................................................14

1.4.3 影响g-C3N4 材料光催化活性的因素及改性措施 ....................................... 14

1.4.4 石墨相氮化碳在光催化方面的应用 ............................................................ 17

1.4.4.1光催化污染物分解................................................................................................18

1.4.4.2 光催化水解制氢制氧................................................................................................ 18 1.4.4.3光催化有机合成................................................................................................18

1.4.4.4光催化氧气还原................................................................................................19

1.4.5 助催化剂............................................................................................19

1.4.6牺牲剂............................................................................................20

1.5 选题的目的及意义 .......................................................................................................... 20

第二章 C量子点/ g-C3N4复合光催化剂的一步合成及制氢研究.........................................21

2.1 引言........................................................................23

2.2实验部分........................................................................24

2.2.1 g-C3N4 基底材料的制备.......................................................................25

2.2.2 C量子点/ g-C3N4复合光催化剂的水热合成............................................................26

2.2.3 样品制氢效果测定...........................................33

2.3 结果与讨论........................................... ...........................................34

第三章 结论与展望........................................... ...........................................34

3.1 结论........................................... ...........................................35

3.2 展望........................................... ...........................................35

参考文献.......................................... ...........................................36

绪论

当前经济社会快速发展, 环境污染问题严重影响人类的生存和发展。光催化技术能吸收太阳能降解和矿化环境中的污染物,将太阳能转化为可储存的氢能, 因此在解决能源和环境问题方面有着重要的应用前景

氢是宇宙中含量较丰富的元素, 由于具有高效、清洁、环境友好、安全和可回收利用等特点, 成为最受瞩目的新能源。然而传统的制氢技术却消耗了大量的能源, 严重制约了氢能的发展与应用。而科学家研究发现，太阳能具有取之不竭、洁净无污染、可再生等优点，所以如何实现利用自然界丰富的太阳能光催化制氢是实现可持续发展的道路之一，也是从根本上解决能源危机和环境恶化的理想途径。经过长期的研究发展，目前能够实现利用太阳能制氢的技术有很多。在众多的途径中，利用太阳能光催化裂解水制氢被称为“21 世纪梦的技术”，受到了国内外科学家的高度关注，太阳能制氢成为人类最理想, 也是非常具有挑战性的技术^[1]。