1. 研究目的与意义（文献综述）

利用太阳能驱动水分解产生氢气（h₂）是应对化石能源危机、获得清洁能源的有效策略。为达到这个目的，需要发展不需牺牲剂和辅助电压的高效半导体光催化剂^[1]。然而，探寻具有高可见光光吸收率、光致电子、空穴能有效分离、快速驱动水还原产氢（her）和水氧化产氧（oer）的两个半反应的可见光催化剂至今仍具有挑战性。现有的可见光催化剂具有可见光吸收效率低（如tio₂ ^[2、3]）、导带电位过正不足以将溶液中的水（或者h ）还原为氢气（bivo₄^[4]）、不稳定（cds^[5]）等缺点。因结构类似于石墨烯，二维材料c₃n₄引发了光催化材料领域的研究热度。其层内通过共价键c-n键结合，层间通过范德华力结合，其基本结构单元包含三嗪环（c₃n₃）和三-s-三嗪环（c₆n₇），每一层上c和n间隔周期性的排列形成平面结构，是一种性能稳定、可利用太阳光、窄带隙（带宽2.7ev）的非金属半导体材料，也是为数不多的导带电位和价带电位能跨越水的还原电位和氧化电位的材料。

目前二维材料c₃n₄的发展还存在以下关键问题：1、层与层的堆叠导致该材料表面积不高、催化位点较少；2、对可见光的吸收和利用率低；3、导电性差；4、光致电子和空穴存在时间短。上述问题限制了该材料的进一步应用。

目前解决这些关键问题的有效方法包括原子掺杂（如s）^[6、7]、贵金属沉积（如pt，ag或者pd等）^[8、9]、形成异质结（c₃n₄/wo₃ ^[10、11]）、改善导电性等方法。其中贵金属的沉积是一种使用较多的一种方法。在c₃n₄二维表面沉积贵金属后，载流子将会从c₃n₄表面转移到金属表面直至二者费米能级相等。电子和空穴可以有效的分离，从而提高材料的光催化性能。为减少成本，一般会添加非贵金属如co、ni等形成多元金属合金的方法^[12、13]。因此合金颗粒在c₃n₄的均匀分布、粒径大小和稳定性将会影响材料的催化性能。目前贵金属的沉积主要采用c₃n₄浸渍前驱体再进行还原的方法^[14]，虽然制备方法简单，但是所得到的合金颗粒粒径大，无法达到5nm以下的尺寸，以及还有粒径分布不均匀和合金化程度不高以及在催化剂表面稳定性差的问题^[15]。基于此，本设计拟发展在c₃n₄表面构建利用配位键m-s/m-n的方法原位引导小粒径金属合金粒子（1nm左右）的合成，显著增加光催化制备氢气的活性位点、降低h 在材料表面的吸附能、促进光致电子和空穴的有效分离，从而提高材料的光催化性能。

2. 研究的基本内容与方案

【研究内容】

a）通过变量控制法研究合成工艺（主要为前驱体种类和温度）对c₃n₄的影响；

b）在二维c₃n₄表面通过硫脲处理，得到表面富含硫的c₃n₄材料，研究在掺硫前后c₃n₄材料的结构和性能的改变；

3. 研究计划与安排

第一周至第二周：查阅相关文献，明确研究内容，了解研究所需要的条件。确定方案，完成开题报告；

第三周至第十周：通过高温烧结制备出g-c₃n₄，通过化学方法掺杂s，并负载金属离子，测量上述光催化材料的光解水性能；

第十一周至第十五周：表征，进一步改进催化性能。整理实验数据，完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] jian liu, hongqiang wang and markusantonietti, graphitic carbon nitride ‘‘reloaded’’: emerging applications beyond(photo)catalysis, chem. soc. rev., 2016, 45, 2308—2326.

[2] 林正远.光催化纳米二氧化钛材料及其应用[j].中国新通信，2019，21(01):226-227.

[3] 夏静芬,胡煜钗,常岩航,张妮,王宇,唐力,杨国靖,谢周云,陆菁菁,王冬波.tio₂/g-c₃n₄复合光催化剂的制备及可见光降解罗丹明b研究[j].安全与环境学报,2018,18(06):2413-2419.