gc3n4agagcl复合光催化剂的合成【字数：9106】
由于人类的进步，经济的快速增长，使得人口迅速膨胀，能源日益匮乏。随着工业的发展，二氧化碳排放量增多，废水随意倾倒，自然环境受到严重破坏。为了人类的可持续发展，寻求高效清洁的能源刻不容缓。由于石墨相氮化碳具有无毒、较强的氧化力和催化活性高并且具有特殊的电子能带结构和优异的化学稳定性等优点得到大量的研究。且近年来在光催化领域显示了光明的应用前景，引起了研究人员的关注。但氮化碳本身存在很多缺陷导致其不能有效地利用太阳光。所以为了太阳光更好的利用，必须优化石墨相氮化碳。本文是以二氰二胺为原料在管式炉里进行不同温度热处理，再加入不同比例的硝酸银进行搅拌，然后加入NaCl,在氙灯下光照搅拌2小时，离心分离，干燥后用亚甲基蓝和罗丹明进行可见光降解。通过origin作图，得到其表征产物形貌，结构，光学性质等，最后考察Ag/AgCl与g-C3N4比例、光照条件等因素对其光催化降解有机污染物的影响。
目录
1前言 1
1.1 引言 1
1.2 gC3N4的结构和光催化原理 1
1.3半导体光催化简介 3
1.4 gC3N4Ag/AgCl的光催化原理 4
1.5影响光催化活性因素 5
2实验部分 7
2.1实验思路 7
2.2实验药品和仪器 7
2.3样品表征方法 8
3结果与讨论 10
3.1样品结构分析 10
3.2催化性讨论 11
3.2.1光催化降解亚甲基蓝 11
3.3亚甲基蓝液体紫外光谱分析 11
3.4液体紫外光谱分析（罗丹明） 13
3.4.1光催化降解罗丹明 13
3.4.2图谱分析 14
3.5样品吸收光谱分析 16
3.6红外光谱分析 16
小结 18
参考文献 19
前言
1.1 引言
近年来，随着农业工业化和城市生产的发展，水资源，大气，土壤受到严重污染。而经济的增长、全球人口迅速增多，能源日益匮乏。传统化石燃料属于不可再生能源。随着人类生产活动的进行，工业化与城镇化的发展，有限的化石能源被不断消耗，据了解 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
按现有石油开发水平，世界石油储量保证年限平均为41年，化石燃料的燃烧产生的有害气体，在复杂的化学反应下容易形成光化学烟雾和酸雨，加之粉尘雾霾的形成造成环境的进一步恶化，上述情况使得清洁新能源的开发迫在眉睫。
大量消耗传统能源的负面影响是，它不仅危害自然环境，影响动植物的生长。还会破坏建筑和文物，影响人类的发展和繁衍。但是，能源是社会的发展和人类的进步必不可少的[1]。
在众多具备潜力的解决方案中，半导体光催化技术保障安全，清洁，只需要选取太阳光作为驱动力，与此同时产生良好的经济效益。现如今，半导体光催化技术被应用到多个领域：如光解水制氢、光致还原得到碳氢化合物燃料，降解和矿化有机污染物，选择性有机合成，甚至是杀菌消毒网等[2]。本文采用高温分解聚合和化学沉积沉淀法合成gC3N4Ag/AgCl复合材料，使用X射线衍射、紫外可见近红外分光光度计，紫外可见分光光度计和红外光谱等表征产品的几何结构形貌，降解效率，光学性质等，最后研究gC3N4与Ag/AgCl比例、光照条件，质量等因素对光催化降解有机污染物的影响。
1.2 gC3N4的结构和光催化原理
gC3N4作为一种先进的半导体材料,它的元素在地球上含量丰富，原料易获取的C，N元素[3]。然而天然的gC3N4晶体在自然界中目前还没有被发现，因此 gC3N4的获取主要来自于实验合成。
选取合适的碳源和氮源，在一定的反应条件下可以制配gC3N4。目前常用的物理或化学制配方法有固相反应法，溶剂热法，电化学沉积法，热聚合法等等。固相反应法是以LiN3,NaN3作为氮源，二氢二胺等作为反应前驱体，在高温下进行固相反应得到石墨相氮化碳。此方法可以控制材料的纳米结构和形貌。而溶剂热法则是以NH2NH2等为溶剂，同二氢二胺等在一定温度下结晶而成的。石墨相中的氮化碳是由热致前驱体缩聚而成。该方法具有多种富氮前体，成本低，对设备和控制要求低，操作简单，扩增容易，是大规模制备gC3N4 的首选方法。因此，石墨相氮化碳是一种极易获取的聚合物半导体材料。它的禁带宽度约为2.7eV,具有良好的物理化学稳定性,并且与研究最多的光催化剂相比，其原料来源无毒,可见光活性优，可以应用于产氢、降解有机染料及CO2的还原等领域[48]。然而，原体gC3N4的光催化效率较低。自该报告发表以来，氮化石墨(gC3N4)作为一种引人注目的催化水分解和有机染料降解生成H2的可见光催化剂，引起了广泛的研究兴趣。但由于gC3N4的光激发载流子具有较高的复合速率和有限的吸收光，因此其光催化效率较低。为了扩大gC3N4的光吸收范围，已经采用了多种方法，包括掺杂金属或非金属元素，以及量子点敏化，例如，s掺杂gC3N4的可见光吸收区域已经扩展到500 nm。实际的碳自掺杂gC3N4将带隙减小到2.65 eV[911]。
据报道，CdS量子点致敏的gC3N4大大增强了其对H2演化的光催化活性，可见光吸收区域红移至580nm。尽管有这些改进，改进后的gC3N4在500或580nm处表现出吸收边缘，这与可见光区580640nm不匹配[12]。在gC3N4材料的应用过程中，主要的挑战是:电子空穴复合材料速度过快、量子效率低、比表面积不够大等，这在很大程度上限制了其实际应用效果。因此，针对gC3N4材料存在的前驱体、制备工艺、制备方法优化、纳米改性、化学掺杂改性、物理复合改性等问题，国内外研究人员提出了多种gC3N4材料的改进方法。化学掺杂改性可以很好地改变gC3N4的结构，以此提高光催化性能[13]。gC3N4的掺杂主要包括金属掺杂和非金属掺杂。金属元素掺杂主要包括镍、铜等。非金属掺杂主要包括N、P、S、B、F等。人们普遍认为,C, N和H元素结构单元取代这些非金属元素,形成gC3N4的晶格缺陷,从而达到高效电子和空穴的分离的影响,并最终导致光催化性能的提高。一般认为，在gC3N4结构单元中掺杂少量金属离子可以使其成为光生电子空穴对的浅电位陷阱，延长电子与空穴的复合时间，从而提高gC3N4的光催化性能[14]。
1.3半导体光催化简介
半导体是一类介于绝缘体和导体之间的材料，由价带(Valence BandtVB)和导带(Conduction Band.CB)组成，中间被一个间隔区分开， 称为禁带宽度(Eg)。 其光催化过程主要分为以下三个阶段:(1) VB中的电子受光激发，吸收光子的能量变为光生电子跃迁到CB: (2) VB中产生相应的光生空穴，电子空穴对向半导体表面扩散:在载流子(指带有电荷、可自由运动的物质微粒)迁移过程中，电子空穴对会在体相及表面进行复合:(3)载流子转移到表面后，与外界接触并发生化学反应。然而根据热力学定律，产生光催化需要满足一定的条件:半导体化合物受到光照时，只有满足E=hv/λ≥Eg,VB中的部分电子才能成功被激发，越过禁带跃迁至CB中，以此形成电子空穴对，进行氧化还原反应[11]。因此制备光催化剂时。应当优先选择禁带觉度适中的半导体。这样在有效吸收太阳光的同时，又能够保持较强的光催化活性。
目录
1前言 1
1.1 引言 1
1.2 gC3N4的结构和光催化原理 1
1.3半导体光催化简介 3
1.4 gC3N4Ag/AgCl的光催化原理 4
1.5影响光催化活性因素 5
2实验部分 7
2.1实验思路 7
2.2实验药品和仪器 7
2.3样品表征方法 8
3结果与讨论 10
3.1样品结构分析 10
3.2催化性讨论 11
3.2.1光催化降解亚甲基蓝 11
3.3亚甲基蓝液体紫外光谱分析 11
3.4液体紫外光谱分析（罗丹明） 13
3.4.1光催化降解罗丹明 13
3.4.2图谱分析 14
3.5样品吸收光谱分析 16
3.6红外光谱分析 16
小结 18
参考文献 19
前言
1.1 引言
近年来，随着农业工业化和城市生产的发展，水资源，大气，土壤受到严重污染。而经济的增长、全球人口迅速增多，能源日益匮乏。传统化石燃料属于不可再生能源。随着人类生产活动的进行，工业化与城镇化的发展，有限的化石能源被不断消耗，据了解 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
按现有石油开发水平，世界石油储量保证年限平均为41年，化石燃料的燃烧产生的有害气体，在复杂的化学反应下容易形成光化学烟雾和酸雨，加之粉尘雾霾的形成造成环境的进一步恶化，上述情况使得清洁新能源的开发迫在眉睫。
大量消耗传统能源的负面影响是，它不仅危害自然环境，影响动植物的生长。还会破坏建筑和文物，影响人类的发展和繁衍。但是，能源是社会的发展和人类的进步必不可少的[1]。
在众多具备潜力的解决方案中，半导体光催化技术保障安全，清洁，只需要选取太阳光作为驱动力，与此同时产生良好的经济效益。现如今，半导体光催化技术被应用到多个领域：如光解水制氢、光致还原得到碳氢化合物燃料，降解和矿化有机污染物，选择性有机合成，甚至是杀菌消毒网等[2]。本文采用高温分解聚合和化学沉积沉淀法合成gC3N4Ag/AgCl复合材料，使用X射线衍射、紫外可见近红外分光光度计，紫外可见分光光度计和红外光谱等表征产品的几何结构形貌，降解效率，光学性质等，最后研究gC3N4与Ag/AgCl比例、光照条件，质量等因素对光催化降解有机污染物的影响。
1.2 gC3N4的结构和光催化原理
gC3N4作为一种先进的半导体材料,它的元素在地球上含量丰富，原料易获取的C，N元素[3]。然而天然的gC3N4晶体在自然界中目前还没有被发现，因此 gC3N4的获取主要来自于实验合成。
选取合适的碳源和氮源，在一定的反应条件下可以制配gC3N4。目前常用的物理或化学制配方法有固相反应法，溶剂热法，电化学沉积法，热聚合法等等。固相反应法是以LiN3,NaN3作为氮源，二氢二胺等作为反应前驱体，在高温下进行固相反应得到石墨相氮化碳。此方法可以控制材料的纳米结构和形貌。而溶剂热法则是以NH2NH2等为溶剂，同二氢二胺等在一定温度下结晶而成的。石墨相中的氮化碳是由热致前驱体缩聚而成。该方法具有多种富氮前体，成本低，对设备和控制要求低，操作简单，扩增容易，是大规模制备gC3N4 的首选方法。因此，石墨相氮化碳是一种极易获取的聚合物半导体材料。它的禁带宽度约为2.7eV,具有良好的物理化学稳定性,并且与研究最多的光催化剂相比，其原料来源无毒,可见光活性优，可以应用于产氢、降解有机染料及CO2的还原等领域[48]。然而，原体gC3N4的光催化效率较低。自该报告发表以来，氮化石墨(gC3N4)作为一种引人注目的催化水分解和有机染料降解生成H2的可见光催化剂，引起了广泛的研究兴趣。但由于gC3N4的光激发载流子具有较高的复合速率和有限的吸收光，因此其光催化效率较低。为了扩大gC3N4的光吸收范围，已经采用了多种方法，包括掺杂金属或非金属元素，以及量子点敏化，例如，s掺杂gC3N4的可见光吸收区域已经扩展到500 nm。实际的碳自掺杂gC3N4将带隙减小到2.65 eV[911]。
据报道，CdS量子点致敏的gC3N4大大增强了其对H2演化的光催化活性，可见光吸收区域红移至580nm。尽管有这些改进，改进后的gC3N4在500或580nm处表现出吸收边缘，这与可见光区580640nm不匹配[12]。在gC3N4材料的应用过程中，主要的挑战是:电子空穴复合材料速度过快、量子效率低、比表面积不够大等，这在很大程度上限制了其实际应用效果。因此，针对gC3N4材料存在的前驱体、制备工艺、制备方法优化、纳米改性、化学掺杂改性、物理复合改性等问题，国内外研究人员提出了多种gC3N4材料的改进方法。化学掺杂改性可以很好地改变gC3N4的结构，以此提高光催化性能[13]。gC3N4的掺杂主要包括金属掺杂和非金属掺杂。金属元素掺杂主要包括镍、铜等。非金属掺杂主要包括N、P、S、B、F等。人们普遍认为,C, N和H元素结构单元取代这些非金属元素,形成gC3N4的晶格缺陷,从而达到高效电子和空穴的分离的影响,并最终导致光催化性能的提高。一般认为，在gC3N4结构单元中掺杂少量金属离子可以使其成为光生电子空穴对的浅电位陷阱，延长电子与空穴的复合时间，从而提高gC3N4的光催化性能[14]。
1.3半导体光催化简介
半导体是一类介于绝缘体和导体之间的材料，由价带(Valence BandtVB)和导带(Conduction Band.CB)组成，中间被一个间隔区分开， 称为禁带宽度(Eg)。 其光催化过程主要分为以下三个阶段:(1) VB中的电子受光激发，吸收光子的能量变为光生电子跃迁到CB: (2) VB中产生相应的光生空穴，电子空穴对向半导体表面扩散:在载流子(指带有电荷、可自由运动的物质微粒)迁移过程中，电子空穴对会在体相及表面进行复合:(3)载流子转移到表面后，与外界接触并发生化学反应。然而根据热力学定律，产生光催化需要满足一定的条件:半导体化合物受到光照时，只有满足E=hv/λ≥Eg,VB中的部分电子才能成功被激发，越过禁带跃迁至CB中，以此形成电子空穴对，进行氧化还原反应[11]。因此制备光催化剂时。应当优先选择禁带觉度适中的半导体。这样在有效吸收太阳光的同时，又能够保持较强的光催化活性。
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