石墨相氮化碳光催化材料简介及性能_第1页
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文档简介

1、石墨相氮化碳(g-C3N4)HFJ材料简介UniYcrsilyorScienceandTGC-hnolcgyofChina>引言> g-C3N4的合成制备> g-C3N4的材料改性> g-C3N4的应用领域>展望UniYcrshy©rScicntcandTGC-hnologyofChina1. 引言1967TiO2光解水示意图¥FujishimaVacuumOrE(NHE)"1申10得谬我朮大孝UniversityofScienceandTc(;hiiologyofChina常见半导体在pH=O时的禁带宽度以及与标准氢电极电位、真空能

2、级的相对位置带隙较宽一一对可见光响应弱或无响应(如TiO2.ZnO)带隙较窄一一部分光腐蚀现象严重(如CdS)均含有过渡金属元素UniYcrshy©rScicntcandTGC-hnologyofChina1-引言2008年ARTICLESPUBLISHEDONLINE:9NOVEMBCR2006(DOtiai038/NMAT23nnaturematerialsAmetal-freepolymericphotocatalystforhydrogenproductionfromwaterundervisiblelightXinchenWang1,2*,KazuhikoMaeda3,Ar

3、neThomas1,KazuhiroTakanabe3,GangXin3,JohanM.Carlsson4,KazunariDomen3*andMarkusAntonietti1王心晨Theproductionofhydrogenfromwaterusingacatalystandsolarenergyisanidealfutureenergysource,independentoffossilreserves.Foraneconomicaluseofwaterandsolarenergy,catalyststhataresufficientlyefficient,stable,inexpen

4、siveandcapableofharvestinglightarerequiredHere,weshowthatanabundantmaterial,polymerkcarbonnitride,canproducehydrogenfromwaterundervisiblelightirradiationinthepresenceofasacrificialdonor.Contrarytootherconductingpolymersemiconductors,carbonnrtndoischemicallyandthermallystableanddo«snotrolyoncomp

5、licateddevicemanufacturing.Theresultsrepresentanimportantfirststeptowardsphotosynthesisingeneralwhereartificialconjugatedpolymersemiconductorscanbeusedasenergytransducers.1.引言UniYcrshy©rScicntcandTGC-hnologyofChina优点:非金属半导体、原料丰富价格低、带隙合适、化学稳定且无毒缺点:比表面积比较低、有限的可见光吸收、光生载流子易复合UniYcrshy©rScicntc

6、andTGC-hnologyofChina2g-C3N4W合成制备ChemSocRev主流方法:热聚合一一简单、快捷、大批量其他方法:CVD、溶剂热一一复杂、耗时、产量低UniYentityofScicneeandTcchnolcgyofChina2. g-C3N4的合成制备1.nnh22NNh2nnh2CyanamideDicyanamideCyanamideDicyanamideMelamineHnAnn人人Tri-s-triazine,r人人人人人人”N人丄1NNNMelem十NXNH2Polymericg-C3N4UniYcrsity©rScienceandTGG.hnolv

7、gyofChina2. 0£叫的合成制备4.0iih2n*c'nh2Urea5.sAh2nnh2Thioureaiiiiii000.20.40.60.81.0P/P°UniYcrshy©rScicntcandTGC-hnologyofChinaNH】o/nhvsh:oHOCNnh2N入N迪Ji1H2NNNH2异原子/NNN人N入N"NNN入NN次N人NN上N人kNNNNNNHa"S=C=NHIIHS-C=Nnh2N入N型mNNN*N入N(、nFnW»NNN入NN次N入NN戈N入N上診rAUrea:58m2/gThiourea:

8、18m2/gDicyanamide:10m2/ghollownanospheresnanorod2. g-C3N4M合成制备Templates:SiO2AAOCaCO3ionicliquidssurfactantsmesoporousnanoflowerUniYcrsityorScienceandTGC-hnologyofChina3. g-C3N4料改性目的:增加比表面积增加可见光吸收范围抑制光生电子-空穴的简单复合UniYcrshy©rScicntcandTGC-hnologyofChina3. g-C3N4*t料改性g-Cg叫的剥离0.335nm石墨石墨烯0.326nmBulk

9、g-C3N4.OHh3ccarbonnitrogenU-butancdiolExfoliationaAS120.Ad»orp<io«ADcsorptQfiQraph®r»a4.k«C3N4BET-32.54m%0.40.6RototlvoProssuro(P/Po|pmd/uniEC一ssauzo-ln0.9-2.1nm3-6layersII.元素掺杂UniYcrsityorScienceandTechnologyofChina3. g-C3N4*t料改性金属元素:Fe、Cu、Zn、Ni等非金属元素:0、P、S、B、I、F等P-NP2po

10、fPCN-Sme)Mlsualu-133.1eV130131132133134135136Bindingenergy(eV)300400500600700800Wavelength(nm)921(ne)aoueqosq<0.0CBMidgapstates2.68eV2.2eVVB申®糾琢我水'大孝UniYcrsityorScienceandTechnologyofChina3.g-C3N4*t料改性in.有机分子共聚NNNNHjN人N尹沽N人节N.土儿人m人人人入:入NNNNNnN*""*Nnh/n人人丄00吧CN,network»、XNn

11、h22入N/n入NElNH3heatnh2AN人NAANNNH2NH?1NNjlTNNNAAAh2nannnh2s11吩400500600700800A/nmUniYcrshy©rScicntcandTGC-hnologyofChina3.g-C3N4材料改性IV.构建异质结与其他半导体InterfaceInterfaceInterfaceConductor与金属phenolproductSchottkyJunctionCuTCPPg-C3N4UniYcrshy©rScicntcandTGC-hnologyofChina4. g-C3N4的应用领域I.光解水200&

12、100|imol/h/g2019:>10mmol/h/g水相中NO、N02»no3-Cr(VI)Cr(lll)BacterialDisinfection申®树谬我水'大孝UniYcrsilyorScicnccandTGGhnolcgyofChina4. gCs叫的应用领域II. 光降解污染物/杀菌CO2+2H+2eTHCOOH(E角ox=0.61VvsNHEatpH7)UniYcrshy©rScicntcandTGC-hnologyofChina4. g-C3N4的应用领域III. CO2还原MultielectronreductionCBEfSolarfuels(CH4,CO,CH3OH,etc.)CO2+4H+4eHCHO+H2O(E爲ox=一048VvsNHEatpH7)CO2+2H+2e"TCO+H2O(E:应=-0.53VvsNHEatpH7)VBCO2十6H+十6e"-CH3OH十H2O=-0.38VvsNHEatpH力h+g-C3N4CO2+8H+8e"TCH4+2H2O(Eredox=-0.24VvsNHEatpH

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