摘要
石墨相氮化碳(g-C3N4)因为具有优异的化学、物理性能，已经成为当今研究的热门材料之一。本文针对其比表面积小，光生电子空穴复合速率快的问题，设计合成了一系列的金属/硝酸改性氮化碳的复合物，并研究其光催化性能及其机理。其具体的内容如下： (1)金/酸改性氮化碳(Au/CN-H)纳米材料的制备及其性能研究 本文以硝酸改性的二氰二胺和氯金酸为原料，通过一步煅烧得到一系列Au/CN-H纳米复合物。并且通过FT-IR、XRD、SEM、TEM、BET、XPS等一系列的表征，证明成功制备了负载Au纳米粒子且具有大比表面积的Au/CN-H纳米复合材料。所制备的催化剂具有优异的光催化性能，当Au含量为0.350%时，Au/CN-H催化剂的催化活性最高。可见光照射下，150min时对RhB的降解率达到96.54%，4h的产氢量为1291.47μmol。Au/CN-H催化性能的提高主要是由于催化剂具有较大的比表面积，Au纳米离子分散性好且具有等离子共振效应，以及光生电子和空穴能够有效的分离。 (2)钴/酸改性氮化碳(Co/CN-H)纳米材料的制备及其性能研究 本文以硝酸改性的二氰二胺和硝酸钴为原料，通过一步煅烧得到一系列Co/CN-H纳米复合物。并且通过FT-IR、XRD、XPS、SEM、TEM等表征确定合成了Co/CN-H纳米材料，其中Co主要以Co2+价态存在。光催化性能表征结果说明：当Co的含量为0.305%时，Co/CN-H催化剂的催化性能最好。在可见光条件下，Co/CN-H-1催化剂4h的产氢量为496.08μmol，在400nm的AQY为5.04%；4h的产氨浓度为3.411mgL-1。所制备催化剂光催化性能的提高主要是由于：Co/CN-H比表面积的增大；金属Co的等离子共振效应，有利于可见光的吸收；催化剂的光生电子和空穴得到了有效的分离以及金属Co的掺杂能够调节催化剂的带隙结构，使得其导带位置更负，电子的还原能力更强。 (3)铁/酸改性氮化碳(Fe/CN-H)纳米材料的制备及其性能研究 本文以硝酸改性的二氰二胺和硝酸铁为原料，通过一步煅烧得到一系列Fe/CN-H纳米材料。通过FT-IR、XRD、XPS、SEM、TEM等表征确定合成了Fe/CN-H纳米催化剂，其中Fe主要是原子的形式存在。Fe/CN-H催化剂的光催化性能测试结果表明：当Fe的含量为0.353%时，Fe/CN-H-1的催化性能最好。在可见光条件下，4h的产氢量为678.04μmol，在400nm的AQY为6.89%。Fe/CN-H光催化性能的提高主要是由于：Fe/CN-H催化剂比表面积的提高；Fe主要是以原子状态存在，提高了其利用率；光生电子和空穴得到了有效的分离；Fe原子的引入能够调节催化剂的能带结构，有利于光催化性能的提高。
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