g-C3N4-TiO2,g-C3N4-SiC微納米纖維的制備及性能.pdf

1、石墨相氮化碳(g-C3N4)具有特殊的電子結(jié)構(gòu)，既能在可見光下催化水分解產(chǎn)生H2又能夠電催化O2的還原反應(yīng)(ORR)，因而在開發(fā)新能源領(lǐng)域中具有很大的應(yīng)用前景。但也存在諸如光生電子空穴復(fù)合率高、電子傳輸能力差等問題，制約著其實際應(yīng)用。構(gòu)建半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)能夠提供光生載流子快速轉(zhuǎn)移、分離的途徑，是一種提高g-C3N4基光催化劑活性的有效方法。g-C3N4的導(dǎo)電性較差，為了獲得較好的ORR催化活性需要將其負(fù)載在某種載體內(nèi)。選擇一種比表面積較大、

2、化學(xué)穩(wěn)定性及導(dǎo)電性較好的載體對于促進g-C3N4基ORR催化劑的實際應(yīng)用十分重要。
　　本論文開展了以下兩方面研究工作：第一，為了制備一種比表面積較大的g-C3N4基異質(zhì)結(jié)光催化劑，通過靜電紡絲和熱處理工藝制備了g-C3N4/TiO2納米纖維，優(yōu)化了其制備工藝，分析了其組成結(jié)構(gòu)及光催化性能并討論了其光催化機理。第二，以PCS為先驅(qū)體通過靜電紡絲、預(yù)氧化、高溫?zé)珊驼婵战n-熱縮聚等工藝制備了一種負(fù)載型ORR催化劑——g-C3N4/

3、SiC超細(xì)纖維，研究了其制備工藝，分析了其組成結(jié)構(gòu)及ORR催化性能。
　　制備g-C3N4/TiO2原纖維時，為了獲得較好的可紡性，紡絲溶液中g(shù)-C3N4薄片含量應(yīng)在不超過0.2 g；熱處理后得到的復(fù)合纖維直徑在100~200 nm，其主要成分為 g-C3N4、TiO2以及 N-TiO2，纖維內(nèi)部嵌有且表面包覆有 g-C3N4納米片；g-C3N4/TiO2納米纖維在模擬太陽光下具有較好的光催化活性：其產(chǎn)氫速率為323.7μmol

4、h-1 g-1，分別是純g-C3N4和TiO2納米纖維的17.3和5.6倍；使用少量Pt做助催化劑可使產(chǎn)氫速率提高到8931.3μmol h-1 g-1；應(yīng)用于光催化降解羅丹明B時，其速率常數(shù)為0.0311min-1，分別是純g-C3N4和TiO2納米纖維的3.5和7.1倍。g-C3N4與TiO2(N-TiO2)組成異質(zhì)結(jié)，提高了光生電子和空穴的分離效率。納米纖維具有較大的比表面積和介孔結(jié)構(gòu)，提供了更多的催化反應(yīng)活性位點。
　　制

5、備g-C3N4/SiC原纖維時，紡絲溶劑為體積比二甲苯：DMF：丙酮=7:2:1的混合溶劑，相對環(huán)境濕度控制在~70％；所制備的SiC纖維為多級孔結(jié)構(gòu)，直徑在3~4μm；經(jīng)真空浸漬-熱縮聚工藝后，可以在多級孔SiC纖維內(nèi)成功引入g-C3N4；與g-C3N4與SiC纖維相比，g-C3N4/SiC纖維的ORR催化活性有所提高；高溫后處理可以改變N摻雜的不同形式，從而影響ORR催化活性，其中，700℃下處理得到的樣品催化活性較高，其CV曲線中