摘 要

本文通过煅烧三聚氰胺来制备g-C₃N₄，并与AgNO₃混合加热，成功的制备了Ag₂O/g-C₃N₄复合光催化材料。利用傅里叶红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜（TEM）来分析热分解产物的物相和结构，采用紫外-可见（UV/Vis）漫反射光谱来表征样品的光吸收性能。以三乙醇胺为牺牲剂，用50mg样品来进行光（λ=420nm的紫外灯照射下）催化产氢性能测试，结果表明：和纯g-C₃N₄相比，含银量为0.32wt%的Ag₂O/g-C₃N₄样品在紫外光照射下，催化产氢性能最佳。光催化性能的增强可能归因于Ag和g-C₃N₄之间的协同作用，促进了光生电子空穴的转移，有效减少了光生电子空穴对的复合。

关键词：半导体光催化剂；Ag₂O/g-C₃N₄；光催化；光催化制氢

Abstract

Ag₂O/g-C₃N₄ composite photocatalytic materials were successfully prepared by calcining melamine to prepare g-C₃N₄ and heating with AgNO₃.The phase and structure of the thermal decomposition products were analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X - ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM).The UV - Vis diffuse reflectance spectra were used to characterize the light absorption properties of the samples.Using triethanolamine as the sacrificial agent, 50 mg of sample was used to carry out the test of catalytic hydrogen production under light (λ=420 nm UV lamp irradiation).The results showed that Ag₂O/g-C₃N₄ samples with 0.32wt% silver content had the best catalytic hydrogen production under UV irradiation compared with pure g-C₃N₄. The enhancement of photocatalytic performance may be attributed to the synergetic effect between Ag and g-C₃N₄, which promotes the transfer of photogenerated electron holes and effectively reduces the recombination of photo-generated electron-hole pairs

Keywords:Semiconductor;photocatalyst;Ag₂O/g-C₃N₄;Photocatalytic;Photocatalytic hydrogen production

目录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 光催化技术 1

1.21 光催化剂的催化机理 1

1.2.2 光催化分解水 2

1.2.3 光催化材料的发展历史 3

1.3 类石墨相氮化碳 4

1.3.1 类石墨相氮化碳的介绍 4

1.3.2 类石墨相氮化碳改性 5

1.4 复合型光催化剂Ag₂O/g-C₃N₄ 6

第2章 实验部分 7

2.1 化学试剂 7

2.2 实验仪器 7

2.3 制备复合型光催化剂Ag₂O/g-C₃N₄样品 7

2.4 光催化测试 8

2.5 催化剂表征 8

第3章 结果与讨论 9

3.1 催化剂结构表征 9

3.2 催化剂性能研究 12

3.3催化剂机理讨论 13

第4章 结论 15

参考文献 16

第1章 绪论

1.1 引言

能源是人类生存与发展的重要物质基础，人们的衣食住行以及国家的经济发展，都离不开能源的支撑。当今世界，能源结构的主体仍然是石油、煤炭和天然气等不可再生的化石能源，而这些化石能源在地球上的储量是有限的。随着经济的快速发展，对能源的需求也在不断上升，随之而来的是化石能源的快速消耗和大量的污染物排放。能源枯竭和环境污染是21世纪人类面临的两大难题，因此节约能源资源、保护环境、开发利用新能源是人类实现可持续发展的必然选择。

太阳能取之不尽用之不竭，是人们开发新能源的首要选择。每年仅在我国陆地接受的太阳能辐射总量就相当于2.4万亿吨标准煤^[1]，所以开发和利用太阳能的潜力巨大。因此，开发和利用太阳能在能源即将枯竭、环境污染严重的今天具有十分重要的意义，对人民生活水平的提高和社会的可持续发展有着重要的推动作用。然而，太阳能的开发也面临着不小的考验。太阳能的能量密度较低，且太阳光光强受很多条件制约如地点、气候、季节。这两种缺点使得太阳能的利用在当下不能够大面积的使用和推广。要实现太阳能大面积的应用，就必须解决太阳能的储存、运输和高效利用的问题。因此，寻找一种太阳能的载体，是一种较好的解决太阳能应用问题的方法，氢被认为是解决这些问题的极好的载体。

氢可以作为一种能源载体，其能量密度高（140MJKg^-1）^[2]，可储存可运输，燃烧后产物只有水，无污染。所以氢被认为是理想的无污染可再生替代能源。因此，将太阳能与氢能结合应用，将太阳能高效率、低成本、无污染的转化为氢能具有非常重要的意义^[3]。

利用太阳能制氢的途径一般有太阳能发电与电解水制氢、太阳能热化学分解水及生物质制氢、太阳能光电化学制氢、太阳能光催化分解水制氢等^[4]。其中太阳能光催化分解水制氢的技术受到国内外科学家广泛关注，因为其系统结构简单、成本低以及易于大规模开发，被称为“21世纪梦的技术”^[5]。采用太阳能光催化分解水是解决能源短缺、环境污染问题的一条十分重要的途径。

1.2 光催化技术

1.21 光催化剂的催化机理

在光催化技术中，光催化剂的制备是最核心的部分。在现阶段，光催化剂主要是半导体。所以在一般情况下，光催化剂通常就是指半导体光催化剂。与导体不同的是，半导体的导带是间断的。由于半导体晶体中存在原子或者分子的相互作用，使得半导体存在导带(conduction band,CB)和价带(valence band,VB)，它们分别由价带(valence band,VB)和最高占据轨道(HOMO)相互作用而形成。半导体导带底部和价带顶部之间存在的区域称为禁带，而区域之间的大小被称作禁带宽度，一般用Eg表示，半导体的禁带宽度大多数介于1eV到4eV之间。半导体光催化剂的带隙宽度大小与它的光学吸收性质密切相关，半导体光催化剂的光吸收带边波长入与半导体光催化剂的带隙宽度Eg存在如下的相互关系^[6]：