貴金屬修飾石墨相氮化碳的制備及其可見光光催化性能研究.pdf

1、以半導體材料為光催化劑，在太陽光誘導下進行光催化水分解反應(yīng)被認為是一種將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能源的有效途徑，可以有效解決當今能源短缺問題。在諸多光催化劑當中，有機半導體石墨相氮化碳（g-C3N4）具有良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性、可吸收可見光、有合適的導帶和價帶位置，近年來被廣泛研究。但是g-C3N4只能吸收波長小于450nm的部分光，太陽能利用率仍不足；其光生電子–空穴對較高的復合率導致其量子效率也很低。這兩方面的缺點使g-C3N4在光催化領(lǐng)

2、域的應(yīng)用受到嚴重限制。為了克服上述缺點，增強g-C3N4的可見光光催化制氫效率，本論文主要圍繞g-C3N4的助催化劑修飾改性，制備了一系列貴金屬/g-C3N4復合材料，并對其物理化學性質(zhì)和光催化機理進行了詳細的研究。
　　第一，通過簡單的光沉積法制備出由Au和PtO兩種助催化劑共同負載的g-C3N4基復合光催化劑并在可見光照射下光催化分解水制氫。該Au-PtO/g-C3N4光催化劑的光吸收顯著增強并表現(xiàn)出比單一助催化劑修飾的PtO

3、/g-C3N4、Au/g-C3N4更好的光催化產(chǎn)氫活性。另外，通過比較Au和PtO不同負載比例下的光催化性能發(fā)現(xiàn)當Au和Pt的質(zhì)量比為4：6時光催化活性達到最高。這項工作表明，PtO納米顆粒能降低產(chǎn)氫過電勢并有效降低光生電子空穴的復合率，且氧化態(tài)的Pt能抑制氫氣氧化逆反應(yīng)的發(fā)生。在Au納米顆粒同時存在的情況下，其表面等離子體共振效應(yīng)（SPR）能產(chǎn)生局部電場進一步促進光生載流子的轉(zhuǎn)移。因此，Au/PtO雙金屬助催化劑之間的協(xié)同效應(yīng)對g-C

4、3N4光催化性能的提高起著決定性作用。
　　第二，采用靜電吸附-沉積法將立方體、八面體和無規(guī)則球形的三種Pt納米晶非原位沉積于g-C3N4基體上用于可見光光催化制氫。三種不同形狀的Pt具有10nm左右的相近尺寸但表面暴露不同晶面。實驗證明，貴金屬Pt納米顆粒負載g-C3N4的光催化產(chǎn)氫活性受Pt助催化劑形貌的影響，三種復合材料的光催化性能順序為：立方體Pt/g-C3N4<八面體Pt/g-C3N4<無規(guī)則球形Pt/g-C3N4。這種

5、受形貌影響的光催化活性與Pt納米晶體不同暴露晶面的表面原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，并進一步影響到光催化反應(yīng)的活性位點和吸附作用。立方體的Pt表面暴露（001）晶面而八面體的Pt表面暴露（111）晶面，所以八面體Pt表面具有更多數(shù)量的具有不飽和配位的邊角原子，從而具有更多的光催化活性位點。另外，通過計算水分子在Pt（100）晶面和Pt（111）晶面的吸附能得出水分子更傾向于吸附在（111） 面上發(fā)生產(chǎn)氫還原反應(yīng)。因此，我們可以通過控制助催化劑