类石墨烯氮化碳的微波合成与改性

论文总字数：22392字

摘 要

本课题基于微波合成制备类是石墨相氮化碳，调整微波工艺参数分别合成铁，镍元素掺杂的石墨相氮化碳，考察不同合成参数条件的样品制备效果。通过对样品进行筛选和微观结构表征，包括形貌表征和结构表征，进而分析结构与性质之间的内在关联。对样品进行性能测试，具体分析元素掺杂对于性能的影响。对其光催化性能以及场发射性能进行测试分析以及对比。利用荧光光谱，紫外-可见分光光度计进行测试分析。通过样品对亚甲基蓝污染物和罗丹明B的光催化实验，分析改性石墨相氮化碳与未掺杂的石墨相氮化碳的光催化性能。

关键词：石墨相氮化碳，改性，光催化，铁，镍

Abstract

This topic is based on the microwave synthesis of carbon nitride graphite phase, adjust the microwave process parameters synthesis of iron, nickel-doped graphite carbon nitride phase, to examine the different synthesis parameters of the sample preparation effect. Through the screening and microstructure characterization of samples, including morphological characterization and structure characterization, and then analyze the internal relationship between structure and nature. Performance tests were performed on samples to specifically analyze the effect of elemental doping on performance. The photocatalytic performance and field emission performance were tested and compared. Using fluorescence spectroscopy, UV-visible spectrophotometer for testing analysis. The photocatalytic performance of carbonitride of modified graphite phase and undoped graphite phase was analyzed by photocatalytic experiments of methylene blue contaminants and rhodamine B.

Keyword：Graphite phase carbon nitride, modified, photocatalytic, iron, nickel

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2氮化碳概述 2

1.3微波加热技术在制备g-C₃N₄中的应用 3

1.4 g-C₃N₄ 光催化原理 4

1.5本课题研究思路及研究内容 6

第二章 实验及研究方法 7

2.1化学试剂和仪器设备 7

2.1.1化学试剂 7

2.1.2实验仪器和分析设备 7

2.2测试与表征 8

2.2.1晶体和化学结构表征 8

2.2.2形貌分析 8

2.2.3光学性能测试 9

2.2.4光催化性能及动力学研究 10

第三章 高能微波法制备石墨相氮化碳及其改性产物光催化性能 13

3.1 引言 13

3.2实验过程 14

3.2.1晶体和化学形貌表征 15

3.2.2形貌分析 16

3.3.3光学性质分析 18

第四章 光催化实验和光催化活性研究及光催化动力学研究 20

4.1光催化实验 20

4.1.1.罗丹明B降解过程 20

4.1.2实验数据记录 21

4.1.2亚甲基蓝的降解过程 22

第五章 结论 27

参考文献 28

致 谢 31

第一章 绪论

1.1研究背景

随着人口的快速增长，人们对于能源的需求量越来越大。传统的三大能源：煤炭，石油，天然气，依旧是世界能源的主体。这些能源在使用过程中将产生大量的二氧化碳，二氧化硫以及氮氧化物污染物。而我国人口基数大，人均资源相对匮乏，于是煤炭与石油的使用在我国的能源使用中占据着主要地位，这也导致了我国的环境问题非常的严重与突出。因此，开发利用清洁能源，可再生能源和环境治理的治理对于我们国家的发张就具有重要的意义。于是在光照的条件下可以降解有机污染物的半导体光催化技术就受到了广泛的关注。比起传统的化学沉淀法、离子交换法、吸附法和生物降解法对于污染物的处理，半导体光催化技术具有高效、绿色、操作简单和成本低廉等优点 ，是一项值得重点发展的环保技术。自从类石墨烯氮化碳被发现可以在可见光照条件下可以将水分解为氢气与氮气之后，这种非金属的半导体光催化材料就引起了人们的重视。类石墨烯氮化碳拥有独特的电子结构，适合的禁带宽度，以及良好的物理性能以及生物兼容性，并且还有低廉的成本，可控的化学组成以及能带结构，使其成为光催化材料中的重点研究对象。

1.2氮化碳概述

氮化碳在1834年就已经有人对其进行研究，但是直到1989年才有人从理论上预言了β-C₃N₄的存在。而通过理论计算发现β-C₃N₄的硬度与金刚石的硬度相当。还具有低摩擦系数，良好的化学稳定性和生物相容性，宽带隙以及高热导率这些特点。

知道1996年，通过最小能量赝势法重新计算了氮化碳的结构，认为其有五种物相。分别是α-C₃N₄ 、β-C₃N₄ 、c-C₃N₄ （立方相）、p-C₃N₄（赝立方相）和g-C₃N₄（类石墨相）。前四种相都是超硬的材料，其热稳定性，化学惰性以及硬度都和金刚石相当。只有类石墨相的氮化碳是软质相，密度最小，能量最低，在常温常压下比较稳定。而且类石墨相的氮化碳有出色的生物相容性，耐酸碱性非常的优良，禁带宽度适当，比表面积也非常的丰富。所以石墨相氮化碳可以应用与制造光催化剂，电极材料，催化剂载体等。

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