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氮化碳纳米材料及其光催化制氢性能研究-材料工程专业论文

万方数据 万方数据 原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的 成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声 明的法律责任由本人承担。 学位论文作者: 日期: 年 月 日 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属郑州大学。根据郑州 大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分 编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论 文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时,第一署 名单位仍然为郑州大学。必威体育官网网址论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者: 日期: 年 月 日 摘要 摘要 摘要 受到植物光合作用的启发,人们采用光催化分解水制取氢气和氧气、净化空 气、能量转换等方法来提高太阳能利用,故制备高性能、廉价、无污染的光催化 剂成为人们一直努力和奋斗的目标。本文以三聚氰胺(MEL)和三聚氰酸(CYA) 为基础组分合成的超分子 MCA 制备含有孔洞结构的石墨相氮化碳材料,从 P25 出发,通过物理共混和原位焙烧对氮化碳材料进行改性,分别制备氮化碳(550℃) /TiO2 纳米复合材料、氮化碳(550℃)/氮掺杂 TiO2(NT)纳米复合材料、 P25+MEL+CYA 纳米复合材料、NT+MEL+CYA 纳米复合材料,并通过可见光分 解水制氢对以上五种材料的光催化性能进行评估。将表征结果与活性数据相关 联,得到如下结论: (1) 以 MCA 为前驱体制备氮化碳材料,通过红外光谱(FT-IR)对 MCA、 MEL 和 CYA 进行表征,结果表明:前驱体 MCA 中的三嗪环和 C=O 基团特征峰 相对于 MEL 和 CYA 分子中基团特征峰分别发生蓝移和红移,这说明 MCA 分子 中形成氢键结构。当烧结温度高于 400℃时,MEL 和 CYA 的特征峰消失,在波 数 810 cm?1、1313 cm?1、1415 cm?1、1599 cm?1 和 3200cm?1 处出现新的庚嗪环特 征峰,波数为 1552cm?1、1328cm?1 处分别出现 C=N,C-N 的特征峰。根据 UV-vis 谱图可知:不同温度下材料的带隙分别是 2.9eV(350℃)、2.8eV(400℃)、2.7eV (450℃)、2.6eV(500℃)、2.8eV(550℃)、2.9eV(600℃)、2.9eV(650℃)。 通过 TEM 和 SEM 观察材料的结构,当烧结温度升高时,材料的结构由密实的 的共晶实心球转变成带有空洞的层状类石墨相蓬松球。观察材料的 XRD 衍射图, 350℃烧结的氮化碳材料在 10.67°和 27.9°处有明显的衍射峰,它们分别来自于 (100)和(002)晶面的衍射信号;当烧结温度升至 400℃,(100)晶面的衍射 峰消失,(002)晶面的衍射峰偏移至 27.4°处;当烧结温度从 400℃升至 550℃, 衍射峰宽逐渐变窄,形成尖峰,说明材料在此温度区间层状结构逐渐完善,但在 600℃和 650℃的烧结温度下,(002)晶面的衍射峰进一步偏移至 27.3°,晶面间 距 d=0.326nm,相对于 350℃烧结氮化碳材料的层间距 0.320nm 有所增加,说明 材料内部结构在 600℃开始发生轻微的破坏。分析材料的 XPS 谱图,计算出不同 温度时材料内部元素 C/N(%)比例关系分别是:0.64(25℃),0.64(350℃), 0.68(400℃),0.72(500℃),0.75(650℃),说明温度升高,材料中 C/N(%) 比例关系逐渐接近理想结晶性石墨相氮化碳材料中 C/N(%)0.75。 I (2) 通过 FT-IR、SEM、XRD 对氮化碳(550℃)/TiO2 纳米复合材料、氮 化碳(550℃)/氮掺杂 TiO2(NT)纳米复合材料、P25+MEL+CYA 纳米复合材 料、NT+MEL+CYA 纳米复合材料进行表征分析,四种材料的基团特征峰和衍射 峰存在相似的变化规律,SEM 图显示 P25 在复合材料中的分散性比较好,而 NT 在材料中出现明显的团聚。 (3) 在可见光下照射下,以 MCA 为前驱体在不同温度下制备的氮化碳材 料的光催化性能呈抛物线趋势,在 550℃制备的氮化碳材料的催化性能最好,制 氢速率约 2316μmol·h-1·g-1,而以 MEL 制备的实体氮化碳制氢速率仅有 225μmol·h-1·g-1,该结果说明通过超分子能够有效

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