论文总字数：19234字

摘 要

近二十年来，全球化能源退化，对于可清洁能源的需求也是越来越大了，因此燃料电池的应用得到了广泛的关注，然而传统的燃料电池基本上是以铂碳电极作为催化剂，价格贵且容易被钝化，稳定性较差。近些年人们发现g-C₃N₄的含N量比较高，形貌易控制且无毒无污染。但是g-C₃N₄的比表面积相比于传统的商业铂碳电极较低，导致其导电率不是很高，应用于电催化领域还存在一定的问题。本实验通过斯托伯法先制备硅球，然后以蔗糖为前驱体，配制一定量的蔗糖溶液，对SiO₂进行煅烧碳包覆以制备(C@SiO₂),再用单氰胺和(C@SiO₂)制备含硅球的g-C₃N₄/C，最后使用氟化氢铵酸性溶液对g-C₃N₄刻蚀，除去硅模板，然后再对其进行二次煅烧得到最终产物g-C₃N₄/C。物理表征表明，该材料是层状多孔材料，比表面积较大且稳定性相比于传统的Pt/C更好。为了继续探究该催化剂的电催化性能，我们通过旋转圆盘电极然后利用伏安法来进行进一步的测试，测试结果发现g-C₃N₄/C这一催化剂表现出相对不错的催化性能。

关键词：石墨化氮化碳 电催化 纳米片

Preparation and electrocatalytic properties of graphitized carbon nitride nanosheets

Abstract

In the past two decades, the global energy degradation, the demand for clean energy is also increasing, so the application of fuel cell has been widely concerned. However, the traditional fuel cell basically uses platinum carbon electrode as catalyst, which is expensive and easy to be passivated, with poor stability. In recent years, it has been found that g-C₃N₄ has high N content, easy to control and non-toxic and pollution-free appearance. However, due to the low specific surface area of g-C₃N₄, the conductivity of g-C₃N₄ is not very high, and there are still some problems in its application in the field of Electric catalytic. In this experiment, silica pellets were first prepared by stober method, and then SiO₂ was calcined carbon coated with sucrose as the precursor to prepare (C@SiO₂). g-C₃N₄/C was prepared with cyanogen amine and (C@SiO₂). At last, g-C₃N₄ was etched with an acidic solution of ammonium hydrogen fluoride, the silicon template was removed, and then the final product g-C₃N₄/C was calcined twice. Physical characterization shows that the material is layered porous material with large specific surface area and better stability than the traditional Pt/C. In order to further explore the catalytic properties of the catalyst, we conducted further tests by rotating the disk electrode and then using voltammetry. The test results showed that the catalyst g-C₃N₄/C showed relatively good catalytic properties.

Key words : Graphitized carbon nitride Electric catalytic Nano piece

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 石墨化氮化碳的简介 1

1.2.1石墨化氮化碳的结构 1

1.2.2石墨化氮化碳的性质 2

1.2.3 石墨化氮化碳电催化领域发展历史和现状 2

1.3 石墨化氮化碳的各种形貌 3

1.3.1 块状材料 3

1.3.2 纳米片 3

1.3.3 纳米管 3

1.3.4 纳米线 3

1.4提高g-C₃N₄催化效率的方法 4

1.4.1掺杂 4

1.4.2构造异质结 4

1.4.3与碳质材料进行耦合 4

1.4.4引入缺陷 4

1.5 石墨化氮化碳的应用 5

1.5.1 光催化降解污染物 5

1.5.2 制氢 5

1.5.3在电催化领域的应用 5

1.5.4 磁性催化剂 6

1.6本课题的研究内容 6

第二章 实验部分 7

2.1实验药品和仪器 7

2.1.1 实验药品 7

2.1.2 实验仪器 7

2.2 石墨化氮化碳纳米片的制备 8

2.2.1 制备硅球 8

2.2.2 包覆碳 8

2.2.3 g-C₃N₄的制备 9

2.2.4 工作电极的制备 9

2.3 g-C₃N₄的表征 10

2.3.1 X射线衍射(XRD) 10

2.3.2 扫描电子显微镜(SEM) 10

2.3.2比表面积测试方法(BET) 10

2.4 g-C₃N₄的电化学测量 10

第三章 结果与讨论 12

3.1 材料的物理表征 12

3.1.1 SEM表征 12

3.1.2 XRD 表征 13

3.1.3 BET表征 13

3.2 材料电化学测量 14

第四章 结论 16

参考文献 17

致谢 20

第一章 绪论

1.1引言

在过去的几十年里，全球范围内面临着环境退化的挑战，化石燃料不断的消耗，已经开始导致全球环境的恶劣退化，人们的节能意识和环保意识不断的增强，这促进了人们对燃料电池以及纳米材料的研究。由于，水中含有氢原子和氧原子，所以利用水的分解便可以制氢，为人类提供清洁可持续的能源。同时渐渐的人们发现，影响燃料电池的一大因素便是其中的电催化剂，然而传统电催化剂是一种贵金属，其全球的产地不均匀且资源紧张，还易对我们的环境造成一定的污染，通过长久地研究，发现含N的材料具有不错的电催化强度。g-C₃N₄中的N含量比较丰富且无污染，引起来世界的广泛关注，但是该材料的比表面积较低^[1]，催化活性不如以往的贵金属材料，纳米级孔径对于提高催化剂的活性有一定的提高，因此研究者们控制g-C₃N₄的结构形貌，将其制备成纳米多孔的结构，这不仅仅提高了其比表面积，还使其结构更加稳定。本文制备纳米级硅球，将其与g-C₃N₄结合，然后再将硅球刻蚀，制备纳米孔径的g-C₃N₄并对其催化活性加以研究。

1.2 石墨化氮化碳的简介

1.2.1石墨化氮化碳的结构

1.几何结构

请支付后下载全文，论文总字数：19234字