摘要
石墨相氮化碳（g-C3N4）材料因其适合吸收可见光的电子结构，成为目前倍受关注的以及非常具有发展前景的一类新型有机半导体光催化材料。但是在迁移过程中载流子的快速复合极大程度的限制了g-C3N4的光转换效率，因此如何促进g-C3N4的载流子的高效分离，从而提高光催化性能具有重要的研究意义。 本论文以一种简便、环保的方法，通过高温锻烧，获得一种新型的多孔氮化碳纳米管（TCN）。通过管状结构提高材料的比表面积，加快电荷传输速度，提高其可见光制氢效率。为了进一步提高光催化性能，在TCN的基础上，进行了缺陷的构建以及复合体的制备，提高光生电子-空穴的分离效率，使其光催化活性得到进一步提高。本文主要内容分为以下三个部分: 1、采用简单的高温煅烧法得到一种多孔g-C3N4纳米管（TCN）光催化剂。其比表面积为34m2·g-1，相比于体相g-C3N4（BCN）,多孔纳米管的管状结构有利于电子的传输，同时，在其管的内部和外部更易获得表面活性物质，且呈现低的电阻以转移光生载流子，从而进一步提高其光催化性能。在可见光（λ≥420nm）下，该催化剂的光解水析氢速率高达266μmol·g-1·h-1,是BCN的7.5倍。 2、在TCN的基础上，采用一锅热聚合法制备得到缺陷型多孔g-C3N4纳米管（DTCN）光催化剂。通过改变煅烧温度实现对缺陷浓度的调控，结果显示在450℃时煅烧后得到的样品（DTCN）光吸收能力明显提高，其带隙从2.72eV减小到2.59eV,显著地提高了光生电荷的分离效率。在可见光条件下，该催化剂的产氢速率达到了1078μmol·g-1·h-1,比TCN高4.7倍。 3、在DTCN的基础上，构建了无定形氧化镍/缺陷型多孔g-C3N4纳米管复合体（a-NiO/DTCN）光催化剂。通过调控a-NiO的负载量，筛选得到最佳的NiO负载量为20％（记为a-NiO/DTCN-20）。结果显示，复合材料的带隙从2.59eV进一步减小到了2.40eV,并且在该异质结中形成的Ni-O-C键充当电荷快速转移的传输通道，进一步促进了电荷的分离与迁移。此外，由于a-NiO显示出的非晶性质，表现出了强烈的乌尔巴赫带尾吸收，并提供了更丰富的反应活性位点，光催化活性得到了进一步的改善，在可见光下的光催化产氢速率可达到1779μmol·g-1·h-1。
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