摘要
光催化和电催化都是一种可持续环保的绿色技术，在清洁能源的产生和物质的转化中具有重要的应用前景。无论是光催化还是电催化，其本质都是电荷的传输，因此催化剂的导电性至关重要，它是影响催化剂光催化和电催化性能的关键因素之一。共价三嗪框架材料是一种有机多孔材料，具有发达的孔道结构和高的比表面积，在催化领域极具优势。但是，其本征特性决定了其较低的导电性。基于此，本文从以下三个方面提升共价三嗪框架材料的导电性，进而提升其光催化和电催化性能: 1、使用水热法制备尺寸较小的碳量子点(CQDs),低温缩聚法制备了共价三嗪框架材料(CTF),然后通过超声后处理的方式将碳量子点化学键合限域到CTF的孔道内部。结果显示，CQDs的存在可以显著提升材料的导电率，促进电子的传输;同时，作为电子传输介质的CQDs使得所制备的CQD-CTFs复合材料表现出更高的电荷分离和转移效率，从而有利于材料的导电性和光催化性能的提升。CQDs作为电子传输介质的加入，使得所制备的CQD-CTF导电性提升了10倍。与此同时，量子点嵌入CTF孔道可以有效提高材料氧化能力并增加H+的亲和力，分别有利于光催化生成过氧化氢(H2O2)过程中的水氧化反应(WOR)以及氧还原反应(ORR)过程。其中在模拟太阳光的照射下0.5CQD-CTF在纯水中具有高达1036μmol g-1h-1的H2O2生成率，相对于纯的CTF提升了4.6倍。 2、采用将原位及后处理相结合的方法，以四氟对苯二甲腈为原料，在CTF骨架中原位引入F后得到F掺杂的CTF(F-CTF),再经过氨气后处理F-CTF后实现了氮掺杂，从而得到F与N共掺杂的CTF(F-N-CTF)。结果显示，相比于初始CTF,F的引入和N的掺杂使得F-N-CTF的导电性显著增强约1000倍，由于F和N的协同作用，优化了局域电子转移环境。CTF可以产生快速的电子和离子传输途径，从而显著提高了2e-途径的ORR电催化活性。在碱性条件下ORR电催化活性良好，F-N-CTF的Eonset、E1/2和几分别为0.73V、0.51V和0.51mA/cm2,这些参数均远高于CTF的0.69V、0.48V、0.15mA/cm2。 3、以四氟对苯二甲腈和CoCl2为原料，通过离子热法在CTF上原位引入F和Co,之后经过氨气处理，得到F、N和Co共掺杂的CTF(F-N-Co-CTF)。相比于F-N-CTF,金属Co的加入能够使其导电率提升10倍，同时电催化ORR活性与F-N-CTF相比也具有明显的提升。在碱性条件下具有优异的ORR电催化活性，其中F-N-Co-CTF的Eonset、E1/2和JL分别为0.89V、0.76V和6.1mA/cm2,均优于F-N-CTF的0.73V、0.51V和0.51mA/cm2。
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