氮化碳基光催化材料的制备及海水产氢性能研究
淡水资源短缺和能源危机是当今世界面临的重大挑战。太阳能作为可持续的绿色能源，其高效利用吸引了相关领域的众多科研人员。利用太阳光分解海水产氢是极具潜力的太阳能利用方式之一。寻求一种绿色、高活性的光催化产氢材料是光催化领域的热点课题。石墨相氮化碳(g-C3N4)具有成本低、合成简单、无毒无污染、以及带隙可调变等诸多优点，被认为是最具前景的光催化产氢材料。因此，本论文设计制备了两种基于g-C3N4的高活性、高稳定性光催化材料，并使其运用于海水产氢。具体研究内容如下: (1)通过原位热聚合的方法合成了铜(Cu)掺杂的g-C3N4光催化材料(Cu-CN)。Cu的引入有效地调整了g-C3N4的能带结构，拓宽了其可见光响应范围，抑制了g-C3N4材料载流子的严重复合。以可见光驱动的光催化产氢性能实验表明，Cu-CN在最优条件下的海水产氢速率为2881.7μmolg-1h-1,是淡水产氢速率的2.2倍。循环稳定性实验表明，Cu-CN在16h内保持着良好的稳定性。该研究为制备更适合于海水产氢过程的g-C3N4基光催化材料提供了一种可行的思路。 (2)通过一步熔盐法合成了N空位修饰并辅以K掺杂的g-C3N4光催化材料(KCN-VN)。N空位的形成以及K的引入改善了g-C3N4材料的表面性质，提高了载流子的迁移效率。优化的KCN-VN在去离子水、模拟海水和海水中的产氢性能分别为2409μmolg-1h-1、10274μmolg-1h-1和15152μmolg-1h-1。该研究制备的高性能g-C3N4基光催化材料在海水产氢领域表现出实际应用的潜力。
光催化材料;石墨相氮化碳;金属掺杂;空位修饰;海水产氢
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
陶霞
2023
中文
O643.36;TQ116.2
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）