摘 要摘 要随着环境及能源问题的日益突出，寻找高效率，低污染甚至无污染，适用范围广的催化剂成了科学研究的重中之重。石墨相氮化碳(g-C3N4)具有高化学稳定性、低密度、良好的生物兼容性以及耐磨性强等优点，同时具有特殊能带结构及光学特性，被认为是一种优异的光催化剂材料。针对目前氮化碳研究中存在的比表面积及聚合度不能同时得到优化的难题，本研究项目改进氮化碳的高温热聚合合成过程，采用氨气热气氛调节聚合结构，合成出具有低缺陷位的氮化碳材料。采用XRD、FTIR等方法对合成材料进行结构表征，分析氨气热聚合法制备氮化碳的结构特殊性，确定催化剂的组成、形貌和表面微观状态等对其光催化活性的影响。根据其光解产氢性能的研究来判断产物结构与性能之间的关系。我们发现氨气氛围合成的氮化碳比表面积、孔体积显著增大，聚合度更加完整。氮化碳光解水产氢效率得到显著提升。关键词：氮化碳；可见光催化剂；光解水产氢Keywords: carbon nitride; visiblelight photocatalyst; hydrogen evolution from photocatalytic water splitting目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 能源的发展 1
1.1.2 氢能 1
1.1.3 人工光合成 1
1.2 半导体光催化 2
1.2.1 研究背景 2
1.2.2 光催化简介 3
1.2.3 半导体光催化原理 3
1.2.4 半导体光催化剂面临的问题 5
1.2.5 半导体材料的研究重点 5
1.3 新型光催化剂氮化碳光解水产氢 6
1.3.1 研究背景 6
1.3.2 氮化碳简介 6
1.4 氮化碳在国内外的研究进展及存在的问题 7
1.4.1介孔化 7
1.4.2 金属/非金属参杂 8
1.4.3 半导体复合 9
1.4.4 贵金属沉积 10
1.5 本项目研究目的及意义 10
1.6 本实验内容 10
第二章 实验部分 12

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.3.2 氮化碳简介 6
1.4 氮化碳在国内外的研究进展及存在的问题 7
1.4.1介孔化 7
1.4.2 金属/非金属参杂 8
1.4.3 半导体复合 9
1.4.4 贵金属沉积 10
1.5 本项目研究目的及意义 10
1.6 本实验内容 10
第二章 实验部分 12
2.1 主要实验药品和仪器 12
2.1.1 主要实验药品 12
2.1.2 主要实验仪器 12
2.2 实验内容 13
2.2.1 光催化剂的制备 13
2.2.2 氮化碳的结构表征 13
2.2.3 光解水产氢性能测试 16
第三章 结果与讨论 18
3.1 引言 18
3.2 催化剂的表征 18
3.2.1 XRD衍射图 18
3.2.2 傅立叶红外光谱图 20
3.2.3 氮气吸脱附等温线 21
3.2.4 SEM扫描电镜 22
3.2.5 TEM透射电镜 23
3.2.6 热稳定性测试 24
3.2.7 紫外可见漫发射光谱 25
3.2.8 荧光光谱测试 26
3.2.9 光解水产氢性能研究结果 27
3.3 本章小结 29
结论与展望 30
致 谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 引言
1.1.1 能源的发展
能源是向自然界提供能量转化的物质，能源的发展带动着人类社会文明的进步，人类活动的物质基础都依赖于能源。早在距今170万年前人类就认识到了火，火是物质发生化学变化的重要条件，经过长时间的发展人类逐渐掌握了火的运用。在此基础上煤炭、石油、天然气也逐渐被人类发现和利用。煤炭早在战国时期就被发现，石油于公元1世纪《汉书地理志》就有记载，天然气最先被记载在晋朝张华所著的《博物志》之上。进入21世纪之后能源短缺，以及能源使用过程中带来的环境污染等问题严重影响了人类的生存和发展。所以发展利用新能源成了现代社会发展的重中之重。
1.1.2 氢能
新能源是可再生能源，包括太阳能、风能、生物质能、水能、地热能、潮汐能以及氢能等。其中氢能是一种非常优秀的新能源，它的主要优点有：(1)氢气的导热系数比大多数气体的要高10倍左右，由于他优越的导热性，氢气是能源工业中非常好的传热载体。（2）氢气作为一种二次能源，他的资源丰富。氢气可由水制得，而水是地球上最广泛的物质。（3）氢燃烧性能好、燃点高、燃烧速度快。（4）与所有的化石燃料、化工燃料和生物燃料相比，氢的发热值最高，氢的发热值是汽油的3倍。（5）氢气自身没有毒性，是一种清洁能源，燃烧只生成水以及极少量的氨气。生成的水可以循环使用用来制氢。（6）氢气利用形式多样，既可以作为能源材料用于燃料电池，又可以燃烧产生热量，还能转换成固态氢用作结构材料。（7）氢气易于运输，氢气可以以气态、液态和固态三种状态根据所需要的不同环境要求来运输。
1.1.3 人工光合成
氢气作为一种二次能源不能像煤炭、石油和天然气一样由地下直接开采，并且自然界的氢易和氧气结合，所以怎么样用最方便、环保、经济的方法将氢从水中分离出来是研究的关键。用电解的方法需要大量的能量，因此人工光合成的方式吸引了各国科学家和政府的目光。
人工光合成是模仿自然界的光合作用，通过光化学转化把太阳能转化以及储存为化学能的过程。人工光合成作用的关键过程有太阳光的捕获，光电转化和催化反应。构筑高效的人工光合系统需要注意以下几点：（1）具有高效捕获太阳光的功能单元；（2）太阳光能够高效地转化成光生载流子；（3）催化剂能够完成多电子氧化还原反应；（4）分离膜能实时分离多种不同产物。人工光合成与光合作用的最大不同是光合作用有两个过程①水的光解：2H2O→4[H]+O2 :②在酶的催化下合成ATP：ADP+Pi+能量→ATP。而人工光合作用是以单一的反应为主。
1.2 半导体光催化
1.2.1 研究背景
虽然人工光合成技术此类的新能源技术正在不断的发展和进步，但是传统化石能源还会伴随着人类未来发展很长一段时间。而使用化石能源必然会给我们赖以生存的环境带来巨大的不利影响。20世纪以来，环境污染问题日益严重甚至严重威胁到人类的健康乃至人类的生存。PM2.5、雾霾、酸雨、细菌、病毒以及人类饮用水受到有毒无机物和重金属污染等问题成了人们茶余饭后的话题。环境问题是世界各国人民所共共同关注的一个话题。环境保护，节约能源，开发新能源实行可持续发展是当今世界发展的新主题。近年来，现代工业飞速发展，能源问题和人民生活息息相关。从日常出行到企业国家经济发展都离不开能源。煤，石油，天然气等能源供不应求，并且在它们大量使用过程中排放出大量的污染性物质如CO、SO2、NOx、烟尘颗粒物和有毒气体等。目前化学污染是各种环境问题中最普遍和影响最大的问题。
虽然为应对化学污染有各种处理
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