g-C3N4异质结的构筑及其在光电催化水分解中的应用.docx

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摘要

首先，基于当前化石能源不断被开发利用，环境污染现状日趋严重，开发更多环境友好的清洁能源成为人们的研究热点，而光电催化水分解技术的发现正好给人们的研究指引了方向；

其次，为了提高光电催化水分解技术的效率，多种光催化剂被研究开发出来，其中g-C3N4具有制备工艺简单，制备成本低廉，对环境友好，对可见光响应性能优越，化学性能稳定等优点，且具有独特的二维多孔结构让其具有良好的光催化性能，进而作为光催化剂的研究热点。但是g-C3N4存在催化活性受限问题，为了解决此问题，元素掺杂、形貌调控、构筑同质结和异质结等都是目前的改性方法。

本文主要通过构筑g-C3N4异质结来对g-C3N4进行改性处理。实验以三聚氰胺为碳氮前驱物质，通过热聚合法成功制备g-C3N4，之后将不同温度下合成的具有不同性质的氮化碳放在一起就构建异质结，称为CN-YZJ薄膜。对CN-YZJ薄膜进行SEM、XRD、紫外和红外等材料表征，证明了有g-C3N4异质结材料的合成。将最佳条件下制备得到的均匀的CN-YZJ薄膜与纯g-C3N4薄膜作为光阳极，在可逆氢电压为1.23V条件下对材料薄膜进行光电流（i-t）、电化学阻抗等光电催化性能分析，对比实验结果，发现构建异质结的CN-YZJ薄膜的光电流密度达到了139μA·cm-2，是纯g-C3N4薄膜的5倍。可见异质结的构建能够提高g-C3N4的光催化效率，g-C3N4异质结光阳极的构筑在光电催化水分解反应中发挥的重要作用。

关键词：光电催化水分解；g-C3N4；异质结；光阳极

Abstract

Firstly,asfossilenergycontinuestobeexploitedandutilizedandenvironmentalpollutionbecomesincreasinglyserious,thedevelopmentofmoreenvironmentallyfriendlycleanenergyhasbecomearesearchhotspot,andthediscoveryofphotoelectrochemicalwatersplittingtechnologyjustguidespeoplesresearchdirection.

Secondly,toimprovetheefficiencyofphotoelectrochemicalwatersplittingtechnology,avarietyofphotocatalystshavebeendeveloped.Amongthem,g-C3N4hastheadvantagesofsimplepreparationprocess,lowpreparationcost,environmentalfriendliness,superiorresponsetovisiblelight,andstablechemicalproperties.Moreover,ithasauniquetwo-dimensionalporousstructure,whichmakesithavegoodphotocatalyticperformance.Thenasaphotocatalystresearchhotspot.However,thecatalyticactivityofg-C3N4islimited.Tosolvethisproblem,elementdoping,morphologyregulation,andtheconstructionofhomojunctionandheterojunctionarethecurrentmodificationmethods.

Inthispaper,g-C3N4wasmodifiedbyconstructingg-C3N4heterojunction.Intheexperiment,melaminewasusedastheprecursormaterialofcarbonandnitrogen,andg-C3N4wassuccessfullypreparedbythermalpolymerization.Then,carbonnitridesynthesizedatdifferenttemperatureswithdifferentpropertieswas