碳-石墨相氮化碳作为一种以C代替Si的超硬性共价化合物，以其独有的电子结构和出色的化学稳定性，随着对氮化碳材料研究的深入，不仅可作为光催化分解有机燃料的良好催化剂，还可以作为储氢，储二氧化碳的绿色储能材料在能源和环境保护领域发挥着巨大价值。本文主要着手于研究碳-石墨相氮化碳的制备及光催化性能研究，实验以二氰二胺和HPC（羧基丙基纤维素，Hydroxy-propyl cellulose）为原料制备碳-石墨相氮化碳，研究了HPC用量及高温热反应对所制备的碳-石墨相氮化碳光降解亚甲基蓝的性能影响。除去实验中不可抗力影响因素及人为实验操作误差，最终实验结果表明用二氰二胺和羧基丙基纤维素制备的碳-石墨相氮化碳对亚甲基蓝的光催化效果十分显著，在三个小时内，几乎就可以将亚甲基蓝全部降解完，同时温度的不断上升对有机染料的光催化降解效果也越来越好。
目录
1.绪论 1
1.1氮化碳光催化简介 1
1.1.1氮化碳的结构 1
1.1.2氮化碳的性质 2
1.1.3氮化碳的研究背景 3
1.2氮化碳的制备方法及结构设计 3
1.2.1氮化碳的制备方法 3
1.2.2氮化碳的结构设计 4
1.3本文的研究思路及选题意义 4
1.4光催化技术目前面临的问题 4
2.实验部分 5
2.1实验原料及设备 5
2.2氮化碳光催化剂的表征 6
2.2.1 X射线衍射仪（XRD） 6
2.2.2傅里叶变换红外光谱（FTIR） 7
2.2.3紫外可见漫发射光谱仪(DRS) 7
2.2.4紫外可见分光光度计 7
2.3光催化活性讨论 8
3.结果讨论 8
3.1XRD表征及结果分析 9
3.2氮化碳的紫外分析 10
3.3氮化碳的红外分析 10
3.4结论 11
4结论与展望13
4.1光催化剂的发展背景 13
4.2光催化剂的市场展望 13
参考文献 14
致谢 16
 1.绪论
 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ￥351916072￥ 
经济型社会是21世纪发展大趋势，各个国家间逐渐呈现经济一体化，市场一体化，消费一体化的状态，而随着全球各个国家间一体化进程的推进，人们对能源的需求开始呈现爆炸式的增长，煤，石油，天然气等化石能源仍然占据了世纪能源消耗结构的主体。但是随着人们不断对这些不可再生资源的开发，利用，和消耗，能源短缺问题逐渐显露。所以人们不得不未雨绸缪，在能源消耗和环境污染的问题变得更严重之前就要开始逐渐调整能源结构，实现经济社会的可持续发展，为人类家园创造良好的生活环境。太阳能作为一种清洁，丰富，可再生的新型能源，成为人们调整能源结构的研究重点。而光催化技术既可利用太阳能，又可以催化有机染料，成为一种高效的改善能源结构，治理环境污染的高效可行方法。光催化有机染料的核心就是制备出具有高活性的，对可见光响应范围广的光催化剂。光催化技术研究从上个世纪逐渐被人们重视，随着科学技术的不断发展，对光催化技术的研究已经逐渐成熟，对光的响应范围也在逐渐增大。
但事实上，光催化技术经过几十年的研究虽然已经有了很大的突破，但是碳石墨相氮化碳由于其自身具有的性质，使得它在光催化的过程中仍然收到很多制约。石墨相氮化碳的禁带宽度低（只有2.7ev），使得它对可见光的响应范围只有460nm【1】；其次，由于碳石墨相氮化碳的导电性较差和比表面积过小，这就使得催化剂在光催化过程中量子效率低，传质过程不充分。所以，为了提高碳石墨相氮化碳的光催化活性，必须对催化剂进行改性及聚合温度的调试，使得光催化剂在某一状态，某一聚合温度上的光响应程度最高。
本实验通过对二氰二胺用量的改变及烧结温度的调试得出碳石墨相氮化碳的光催化活性，通过XRD，液体紫外，固体紫外，红外等的测试分析出最具有光催化活性的碳石墨相氮化碳的结构状态。
1.1氮化碳光催化简介
1.1.1氮化碳的结构
gC3N4是一种近似石墨烯的平面二维片层结构，有两种基本单元，分别以三嗪环(C3N3，左图)和3s三嗪环(C6N7，右图)为基本结构单元无限延伸形成网状结构，二维纳米片层间通过范德华力结合。Kroke等通过密度泛函理论（DFT）计算表明3s三嗪环结构较三嗪环结构连接而成的gC3N4更稳定。【2】
/
图1.1.1 gC3N4分子结构
碳石墨相光催化的反应原理其实就是氧化还原反应，这也是整个光催化研究过程中的基础，当光照射到碳石墨相氮化碳材料时会吸收可见光能量，从而在表面产生电子和空穴，在电子和空穴不断被迁移到表面的过程中，电子会和溶解氧相遇从而形成超氧自由基，而空穴则会停留在催化剂的表面。超氧自由基和羧基自由基在形成后都具有很强的氧化性，从而将有机污染物中的细菌等氧化成水，二氧化碳等，从而起到了去污，环保，节约资源的功能。
/
图1.2氮化碳的光催化原理
1.1.2氮化碳的性质
氮化碳由于其独特的能隙宽度和平面二维片层结构，使它成为众多光催化剂中物理化学性质极佳的一种π共轭聚合物，它能够在较高的温度下保持化学性质稳定且能够溶于有机染料中，通过众多的实验数据可以得出，氮化碳的能隙宽度大概在2.7ev左右，由于他的sp2型轨道共轭堆积方式，使得它在可见光范围内有一个较明显的吸收峰（460nm左右）。【3】氮化碳是一种高化学稳定性和热稳定性的光催化剂，在500—600摄氏度纯氮气氛围下烧结的氮化碳仍能保持自身化学性质稳定，当烧结温度超过700摄氏度时，催化剂开始出现缓慢热失重现象，催化剂以氮气形式挥发【4】。同时，在强酸或强碱情况下，氮化碳的结构也基本不会发生变化。氮化碳不仅稳定性好，在一定波长范围内紫外光照射下发出较强的荧光，即电子以辐射跃迁的方式返回基态同时发射出荧光分子。
1.1.3氮化碳的研究背景
随着全球经济，文化，政治，军事的全面发展，人们对能源的使用速率也在逐年增长并且开始呈现出能源枯竭的预兆，尤其是人们对化石燃料的过度开采利用，使得环境问题也变得日益严重，全球变暖，雾霾，沙尘等困扰人类多年的环境问题究其根本其实就是对化石燃料的过度开采。为了避免能源危机和环境污染，人们不得不开始考虑对新能源的开发利用，太阳能作为一种清洁，丰富，可再生的新型能源，成为人们调整能源结构的研究重点。此时光催化技术成为一种高效的改善能源结构，治理环境污染的高效可行方法。光催化有机染料的核心就是制备出具有高活性的，对可见光响应范围广的光催化剂。通过光催化技术降解环境中或水中的有机污染物将成为解决日益严重的环境污染问题的一条廉价可行的途径。

原文链接：http://www.jxszl.com/hxycl/yyhx/84383.html