石墨相氮化碳納米復(fù)合材料的制備與光電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著全球環(huán)境惡化日益嚴(yán)重，人們對環(huán)境污染問題逐漸重視，利用光催化劑將太陽能轉(zhuǎn)化為人類可以直接利用的能量,并用其解決地球資源的枯竭和生存環(huán)境的惡化是可再生清潔能源研究的一個(gè)重要方向。石墨相氮化碳（g-C3N4）作為一種新型的無污染環(huán)保型光電材料，有著廣闊的研究空間和應(yīng)用前景。本文以g-C3N4的納米復(fù)合材料為研究對象，分別通過聲化學(xué)方法和熱縮聚方法合成了三元復(fù)合納米材料g-C3N4/MoS2/GO和g-C3N4/MoS2/Ag。我們對合成

2、的復(fù)合材料進(jìn)行成分、結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)特性等進(jìn)行表征，通過對樣品的瞬態(tài)光電流響應(yīng)測試和交流阻抗測試表征其光電化學(xué)性能，通過光催化降解RhB溶液進(jìn)行了光催化性能表征。而且，基于表征和測試結(jié)果對合成的三元復(fù)合材料進(jìn)行了光生電子空穴轉(zhuǎn)移、分離和光催化機(jī)理分析。本文以g-C3N4納米復(fù)合材料的研究結(jié)果為界面的異質(zhì)結(jié)和原位耦合助催化劑的半導(dǎo)體催化材料設(shè)計(jì)和大規(guī)模生產(chǎn)提供了參考。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過簡易的聲化學(xué)方法制備了g-C3N4

3、/MoS2/GO。制備的三元復(fù)合納米材料中超薄MoS2納米片和GO納米片大范圍地提高了可見光的吸收性能，進(jìn)而促進(jìn)三元復(fù)合納米材料產(chǎn)生更多的光生電子。MoS2納米片與GO納米片和石墨相氮化碳耦合，在g-C3N4/MoS2和 g-C3N4/GO界面形成兩類P-N異質(zhì)結(jié)，這些異質(zhì)結(jié)產(chǎn)生的空間電荷層不僅有效地提高光生電子率，而且提高了電子空穴對的轉(zhuǎn)移、分離，有效地延長了光生電子空穴對的壽命。同時(shí)，超薄MoS2納米片和GO納米片是高遷移率的電子轉(zhuǎn)

4、移媒介，進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)生的光生電子空穴對在g-C3N4/MoS2和g-C3N4/GO界面的轉(zhuǎn)移、分離。實(shí)驗(yàn)表明合成的三元樣品g-C3N4/MoS2/GO的瞬態(tài)光電流強(qiáng)度是純的g-C3N4樣品的1.8倍，其降解RhB溶液的光催化效率是純的g-C3N4樣品的2.3倍，結(jié)果證明了制備的三元復(fù)合納米材料g-C3N4/MoS2/GO在可見光下較其它相關(guān)對比材料展現(xiàn)了更加優(yōu)越的光電化學(xué)性能和光催化性能。⑵利用AgNO3的多功能修飾性在三聚氰胺熱縮聚過

5、程中復(fù)合MoS2納米片一步合成一種由g-C3N4、Ag和MoS2納米片組成的多孔三元復(fù)合納米材料g-C3N4/MoS2/Ag。AgNO3熱解產(chǎn)生的氣泡作為一種額外的軟模板使三聚氰胺熱縮聚過程自組裝生成超薄g-C3N4納米片和多孔結(jié)構(gòu)，提高了對光的吸收性能。金屬Ag和g-C3N4納米片之間自組裝耦合產(chǎn)生的納米級Mott-Schottky效應(yīng)不僅為電荷的轉(zhuǎn)移、分離提供了有效通道，而且調(diào)整了g-C3N4納米片的能帶。同時(shí)，g-C3N4納米片經(jīng)