貴金屬修飾石墨相氮化碳的制備及其可見(jiàn)光光催化性能研究.pdf

1、以半導(dǎo)體材料為光催化劑，在太陽(yáng)光誘導(dǎo)下進(jìn)行光催化水分解反應(yīng)被認(rèn)為是一種將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫能源的有效途徑，可以有效解決當(dāng)今能源短缺問(wèn)題。在諸多光催化劑當(dāng)中，有機(jī)半導(dǎo)體石墨相氮化碳（g-C3N4）具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、可吸收可見(jiàn)光、有合適的導(dǎo)帶和價(jià)帶位置，近年來(lái)被廣泛研究。但是g-C3N4只能吸收波長(zhǎng)小于450nm的部分光，太陽(yáng)能利用率仍不足；其光生電子–空穴對(duì)較高的復(fù)合率導(dǎo)致其量子效率也很低。這兩方面的缺點(diǎn)使g-C3N4在光催化領(lǐng)

2、域的應(yīng)用受到嚴(yán)重限制。為了克服上述缺點(diǎn)，增強(qiáng)g-C3N4的可見(jiàn)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(fù)合材料，并對(duì)其物理化學(xué)性質(zhì)和光催化機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
　　第一，通過(guò)簡(jiǎn)單的光沉積法制備出由Au和PtO兩種助催化劑共同負(fù)載的g-C3N4基復(fù)合光催化劑并在可見(jiàn)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(qiáng)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(guò)比較Au和PtO不同負(fù)載比例下的光催化性能發(fā)現(xiàn)當(dāng)Au和Pt的質(zhì)量比為4：6時(shí)光催化活性達(dá)到最高。這項(xiàng)工作表明，PtO納米顆粒能降低產(chǎn)氫過(guò)電勢(shì)并有效降低光生電子空穴的復(fù)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(shí)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(chǎng)進(jìn)一步促進(jìn)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(duì)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(wú)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(jiàn)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(shí)驗(yàn)證明，貴金屬Pt納米顆粒負(fù)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(fù)合材料的光催化性能順序?yàn)椋毫⒎襟wPt/g-C3N4<八面體Pt/g-C3N4<無(wú)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(jìn)一步影響到光催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)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(diǎn)。另外，通過(guò)計(jì)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(guò)控制助催化劑