光催化产氢 c3n4 异质结

第３４卷　第２期 陕西科技大学学报 Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．２　２０１６年４月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｒ．２０１６*　文章编号：１０００-５８１１（２０１６）０２-００５９-０５ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结结构的制备及其光催化性能李军奇，郝红娟，周　健，崔明明，孙　龙，袁　欢（陕西科技大学材料科学与工程学院，陕西西安　７１００２１）摘　要：采用简单的热分解法，分别以硫脲、尿素及硫脲和尿素混合物等为原料，制备了三种具有不同能带结构的石墨相氮化碳（ｇ-Ｃ３Ｎ４），并使用ＸＲＤ、ＡＦＭ、ＳＥＭ、ＵＶ-ｖｉｓ等测试方法对所制备样品的晶相结构、形貌、以及光吸收能力等进行了表征，同时研究了不同能带结构的样品对甲基橙的光降解性能．结果表明：制备出的三种样品均是以三嗪环为基本结构单元的片层状化合物．其中，以硫脲和尿素混合物为原料制备出的ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结厚度为１．０５ｎｍ，禁带宽度为２．７５ｅＶ，其对甲基橙的降解效率高于分别以硫脲、尿素为原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４，这是因为制备出的ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结结构，促进了电荷的有效分离和传输，提高了可见光光催化活性．关键词：石墨相氮化碳；异质结；可见光；电荷的分离与传输中图分类号：Ｏ６４ 文献标志码：ＡＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒｅｎｈａｎｃｅｄｖｉｓｉｂｌｅ-ｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓＬＩＪｕｎ-ｑｉ，ＨＡＯＨｏｎｇ-ｊｕａｎ，ＺＨＯＵＪｉａｎ，ＣＵＩＭｉｎｇ-ｍｉｎｇ，ＳＵＮＬｏｎｇ，ＹＵＡＮＨｕａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｗｏｒｋｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｆａｃｉｌｅｉｎｓｉｔｅｔｈｅｒｍｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｃｏｎ-ｓｔｒｕｃｔｇ-Ｃ３Ｎ４，ｇ-Ｃ３Ｎ４ｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｕｒｅａ，ｔｈｉｏｕｒｅａａｎｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓｏｆｕｒｅａａｎｄｔｈｉｏｕｒｅａ．Ｔｈｅａｓ-ｐｒｅｐａｒｅｄｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＸＲＤ，ＡＦＭ，ＳＥＭ，ＵＶ-ｖｉｓｆｏｒｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙｏｆｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ．ＴｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｗａｓｔａｋｅｎｏｕｔｂｙｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆＭＯｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｗｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ．Ｔｈｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｓａｍｐｌｅｓｈａｖｅｔｈｅｓａｍｅｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｙａｌｌｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ-Ｔｒｉａｚｉｎｅｓｕｎｉｔｓｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４ｉｓ１．０５ｎｍａｎｄｔｈｅｂａｎｄｇａｐｅｎｅｒｇｉｅｓｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４ｉｓ２．７５ｅＶ，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｐｏｓｓｅｓｓｅｘ-*收稿日期：２０１５-１０-２８基金项目：国家自然科学基金项目（５１２０３１３６）；陕西科技大学学术骨干培育计划项目（ＸＳＧＰ２０１２０２）；陕西科技大学自然科学基金项目（ＺＸ１１-１４）作者简介：李军奇（１９７８－），男，陕西西安人，副教授，博士，研究方向：环境催化材料陕西科技大学学报第３４卷ｃｅｌｌｅｎｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｔｈａｎｔｈｅｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅｇ-Ｃ３Ｎ４（ｔｈｉｏｕｒｅａ）ａｎｄｇ-Ｃ３Ｎ４（ｕｒｅａ）ｕｎ-ｄｅｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ．Ａｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｃｈａｒｇｅａｎｄｅｎｈａｎｃｅｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇ-Ｃ３Ｎ４；ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ；ｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ；ｃｈａｒｇｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒ０　引言石墨相氮化碳（ｇ-Ｃ３Ｎ４）作为一种典型的聚合物半导体，因其独特的半导体能带结构和优异的化学稳定性，广泛应用于光催化领域，如光催化降解有机物［１］、光催化分解水制氢［２］等．然而，纯的ｇ-Ｃ３Ｎ４因其光生电子-空穴对的高复合率，其光催化活性受到了限制．因此，应通过对ｇ-Ｃ３Ｎ４进行改性来提高其光催化活性．例如，通过金属掺杂［３］（如Ａｇ）、非金属掺杂（如Ｓ、Ｂ、Ｏ等）［４-７］、半导体复合（如ＣｄＳ、Ｂｉ２ＷＯ６等）［８，９］来对其进行改性．但是，这些结果并不理想．对于这一问题，应寻找不同的方法，来提高半导体材料的电子和空穴的转移．通常情况下，ｇ-Ｃ３Ｎ４都是用氮含量丰富的前驱体高温分解来制备．例如，氰胺、二聚氰胺、三聚氰胺、三聚硫氰酸、尿素［１，１０，１１］等．但是，上述前驱体原材料在制备ｇ-Ｃ３Ｎ４过程中往往涉及到较为复杂的步骤或者制备出的样品催化性能不显著［１２］．同时，更重要的一点是，ｇ-Ｃ３Ｎ４其本身类似于高分子的结构而不利于光生电子空穴的有效分离和传输，致使其光催化性能不够理想．针对这些问题，研究人员试图通过多种方法来调控ｇ-Ｃ３Ｎ４的结构，以改进其性能［１３］．考虑到ｇ-Ｃ３Ｎ４聚合物的性质，可使用不同的前驱体来调整ｇ-Ｃ３Ｎ４的能带结构，从而提高光生电子空穴对的有效分离和传输［１３］．如果采用两种原料制备的氮化碳的能带结构能够匹配，形成异质结构，就可以提供一种新颖的方法来解决ｇ-Ｃ３Ｎ４固有的缺陷，在没有依赖额外半导体的情况下促进电子空穴的分离以增强光催化性能．为此，本研究设计以硫脲和尿素混合物为原料制备出了石墨相氮化碳异质结结构，形成了同型异质结（ｎ－ｎ同型异质结），促进了半导体界面电子空穴转移，从而提高了光催化性能．１　实验部分１．１　实验药品硫脲（Ｈ２ＮＣＳＮＨ２，≥９９．０％，天津市滨海科迪化学试剂有限公司）；尿素（Ｈ２ＮＣＯＮＨ２，≥９９．０％，天津市福晨化学试剂厂）；无水乙醇（ＥｔＯＨ，９９．７％，天津市河东区红岩试剂厂）；实验中所用水均为去离子水．１．２　样品的制备称取一定量的原料，加入３０ｍＬ的去离子水，搅拌均匀得到黄色溶液，将混合均匀的溶液在６０℃下干燥１２ｈ，转入氧化铝坩埚中并加盖，在马弗炉里面煅烧，以１５℃／ｍｉｎ的升温速率加热到５５０℃，保温２ｈ．反应完全后，将氧化铝坩埚冷却至室温，最后得到黄色ｇ-Ｃ３Ｎ４，并将其研磨收集并进一步使用．在冷却过程中生成的气体被稀释过的碱性溶液吸收．其中，以硫脲为原料制备的样品记为ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲），以尿素为原料记为ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素），以尿素和硫脲按１∶１混合为原料记为ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４．１．３　样品的分析与表征采用日本Ｒｉｇａｋｕ公司的Ｄ／Ｍａｘ-２２００ＰＣ型Ｘ射线衍射仪（Ｘ-ｒａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ＸＲＤ）对样品的成分和结晶度等进行分析（ＣｕＫα辐射，λ＝０．１５４１８ｎｍ，管压４０ｋＶ，管流４０ｍＡ，狭缝ＤＳ、ＲＳ和ＳＳ分别为１°、０．３ｍｍ和１°）；采用Ｓ-４８００型日立扫描电子显微镜（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭｉｃｒｏｓｃｏ-ｐｙ，ＳＥＭ）对所制备样品的形貌进行表征；采用紫外可见吸收光谱仪（ＵＶ-ＶＩＳ，Ｌａｍｂｄａ９５０，ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ）对样品的吸附性能进行分析；采用ＳＰＩ３８００Ｎ／ＳＰＡ４００型日本精工原子力显微镜（Ａ-ｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＡＦＭ）对样品的厚度进行分析．１．４　催化剂的评价光催化降解实验采用氙灯作为光源，通过波长大于４２０ｎｍ的滤波片过滤掉紫外光部分．套杯外层通入冷凝水以确保催化反应的温度恒定．以浓度为１０ｍｇ／Ｌ、体积为１０ｍＬ的甲基橙溶液为目标降解物，催化剂加入量为０．０１ｇ．先暗反应３０ｍｉｎ，以确保达到吸附平衡，然后光反应，进行采点．取样后将样品离心，并取其上清液进行紫外测试，做出紫外吸收光谱．・０６・第２期李军奇等：ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结结构的制备及其光催化性能２　结果与讨论２．１　ＸＲＤ测试图１为不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的ＸＲＤ衍射图．从图１可以看出，采用不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４具有两个明显的衍射峰，在２θ＝１３．８°、２７．３°处，分别对应于ｇ-Ｃ３Ｎ４（ＰＤＦＮｏ．８７-１５２６）卡片中的（１００）和（００２）晶面，说明所合成样品中有三－Ｓ－三嗪单元存在［１］．位于１３．８°处的峰是均三嗪单元的面内结构峰；而位于２７．３°处的最强峰是芳香环系统典型的层间堆垛峰．同时，从图１还可以看出，没有杂相的衍射峰出现，说明实验过程中所得的产物为纯相的ｇ-Ｃ３Ｎ４．图１　不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的ＸＲＤ图图２为三种样品（００２）晶面对应衍射峰的放大图．从图２可以看出，ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）（００２）晶面的衍射角（２７．３°）相对于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）的衍射角（２６．９°）向大角度偏移，这是因为尿素中额外留下的特征序列的氧促进了缩合过程，并确保了结构的完整性．通过计算，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）晶面间距分别是０．３２７ｎｍ和０．３２３ｎｍ，表明了ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的晶体结构为密堆积形式．进一步从图２中观察到，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的衍射角（２７．１°）位于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）之间，确认了ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇＣ３Ｎ４异质结的形成［１２］．由于分子组合前驱体的使用，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）之间的电子的耦合发生在原子能级．２．２　ＳＥＭ表征结果图３为以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的扫描电镜图．从图３（ａ）可以看出，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）是由密集的厚层组成的块状结构；从图３（ｂ）可以看出，ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）是由片状薄层组成，结构类似于石墨烯纳米片．ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的形貌有所不同，是因为硫脲和尿素有不同的分子结构，硫脲中图２　（００２）晶面对应衍射峰的放大图有硫原子，尿素中有氧原子，在氮化碳的缩合和纳米结构的形成中具有重要作用．图３（ｃ）和３（ｄ）是ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的扫描照片，从图中可以看出它类似于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）片层状的结构．（ａ）ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）（ｂ）ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）（ｃ）、（ｄ）ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结图３　ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）、ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）、ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结的ＳＥＭ图２．３　ＡＦＭ分析图４为以硫脲和尿素混合物为原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４纳米片的ＡＦＭ图和厚度分析．从图４（ａ）中可以看到，ｇ-Ｃ３Ｎ４普遍呈片状分布；从图４（ｂ）和图４（ｃ）中可以看到，谷底的位置位于６．５１ｎｍ处，谷口的位置位于７．５１ｎｍ处，这两个点的高度差为１．０５ｎｍ，即为ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４纳米片的厚度．通常情况下，单层ｇ-Ｃ３Ｎ４的厚度约为０．３２５ｎｍ．ｇ-Ｃ３Ｎ４纳米片的厚度为１．０５ｎｍ，与单层纳米片的厚度相比较，可以得知所测数据大概是两三层纳米片的厚度，虽然在ＳＥＭ图上没有呈现出单层纳米片的形貌，这主要是因为在制样过程中纳米片之间会发生团聚和交叠的现象．ＡＦＭ的结果表明，以硫脲和尿素混合物为原料成功地制备出了片层状ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４．２．４　紫外可见吸收光谱图５为以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的紫外-可・１６・陕西科技大学学报第３４卷（ａ）ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的ＡＦＭ图（ｂ）、（ｃ）ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４纳米片的厚度分析图图４　ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的ＡＦＭ图及ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４纳米片的厚度分析见漫反射图谱．从图５可以清楚地看出，三种样品在可见光区有较强的吸收．ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）的吸收边在４６１ｎｍ处，ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的吸收边在４３１ｎｍ处，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的吸收边（４５１ｎｍ）位于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）之间．从图５也可以看出，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）较于ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）有很强的吸收强度，这是因为硫脲和尿素不同的缩合度造成．图５　以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的紫外-可见漫反射光谱图６为以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的禁带宽度．通过公式Ｅｇ＝１２４０．８／λ（Ｅｇ为禁带宽度，λ为最强吸收峰的波长）计算出，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）的禁带宽度为２．６９ｅＶ，ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的禁带宽度为２．８７ｅＶ，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的禁带宽度为２．７５ｅＶ，计算结果与图６一致．从图６可以看出，ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的禁带宽度相对于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）发生了蓝移，这是因为热处理过程中量子效率的限制导致ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）形成薄片结构，另一方面是由于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）不同的缩合度和尺寸大小引起．而ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４的禁带宽度位于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）之间，进一步证明了ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结的形成．图６　以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４的禁带宽度２．５　光催化性能为了评价所合成的催化剂的光催化性能，在可见光的照射下，使用甲基橙溶液（１０ｍｇ／Ｌ）作为模拟污染物进行光催化降解实验．图７为以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４对甲基橙的降解图．由图７可知，三种样品在３ｈ内对甲基橙的降解效率分别是８％、３３％和４８％．很明显，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结比ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的光催化性能好．图７　在可见光下以不同原料制备的ｇ-Ｃ３Ｎ４对甲基橙的降解随时间变化的曲线图影响光催化性能的原因很多，而本次实验主要与以不同原料制备出能带结构不同的ｇ-Ｃ３Ｎ４密切相关．已有相关文献报道［１２］，ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的价带位置比ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）更正，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）的导带位置比ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）更负，ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）导带位置分别位于－０．８５ｅＶ和－０．７５ｅＶ，价带位置位于１．５８ｅＶ和１．９８ｅＶ．基于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的导带和价带位置，其能带结构相互匹配，形成ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结，有利于光生电子空穴对的有效分离和传・２６・第２期李军奇等：ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结结构的制备及其光催化性能输．促进电子空穴分离的机理如图８所示．ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结在可见光照射下，光生电子从ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）的导带转移到ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的导带，而光生空穴从ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）的价带转移到ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）的价带，电荷的转移过程有利于克服Ｆｒｅｎｋｅｌ激子的电离以及使得电子和空穴稳定．电子流向异质结（ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素））的一侧，而空穴流向异质结（ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲））的另一侧，减少了电子空穴对的结合．内部电子领域的建立从图８中也可以看出，两种不同晶相的ｇ-Ｃ３Ｎ４光生电子空穴的分离以及电荷的结合得到了抑制，这有利于增强光催化性能．此外，电荷的快速转移和光生电荷载流子寿命的延长，致使与催化剂载体得到充分的反应．图８　ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结的机理图３　结论通过简单的热分解法，基于ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）能带结构不同，成功地制备出了ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４光催化异质结．利用各种表征手段对样品的结构、组成、形貌、降解效率和形成机理等进行了仔细分析并认为：以硫脲和尿素混合物为原料制备出的ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结催化剂，具有很好的光催化性能．这主要是因为ｇ-Ｃ３Ｎ４（硫脲）和ｇ-Ｃ３Ｎ４（尿素）有不同的能带结构，使得价带和导带位置能够很好地匹配，通过能带的不连续性，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结结构促进了电荷的分离传输并延长了电荷的寿命，导致在可见光照射下，ｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４异质结催化剂具有很好的光催化性能．参考文献［１］ＹａｎＳＣ，ＬｉＺＳ，ＺｏｕＺＧ．Ｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４ｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｄｉｒｅｃｔｌｙｈｅａｔｉｎｍｅｌ［Ｊ］．Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００９，２５（１７）：１０３９７-１０４０１．［２］ＣａｏＳＷ，ＹｕＪＧ．ｇ-Ｃ３Ｎ４Ｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒｈｙｄｒｏ-ｇｅｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪＰｈｙＣｈｅｍＬｅｔｔ，２０１４，５：２１０１-２１０７．［３］ＷａｎｇＸ，ＣｈｅｎＸ，ＴｈｏｍａｓＡ，ｅｔａｌ．Ｍｅｔａｌ-ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｃａｒ-ｂｏｎｎｉｔｒｉｄｅｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：Ａｎｅｗｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｏｒｇａｎｉｃｍｅｔａｌｈｙ-ｂｒｉｄ［Ｊ］．ＡｄｖＭａｔｅｒ，２００９，２１（１６）：１６０９-１６２１．［４］ＬｉｕＧ，ＮｉｕＰ，ＳｕｎＣＨ，ｅｔａｌ．Ｕｎｉｑｕｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｕｃｅｄｈｉｇｈｐｈｏｔｏｒｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｓｕｌｆｕｒ-ｄｏｐｅｄｇｒａｐｈｉｔｉｃＣ３Ｎ４［Ｊ］．ＪＡｍＣｈｅｍＳｏｃ，２０１０，１３２（３３）：１１６４２-１１６４８．［５］ＹａｎＳＣ，ＬｉＺＳ，ＺｏｕＺＧ．Ｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｒｈｏｄａｍｉｎｅｂａｎｄｍｅｔｈｙｌｏｒａｎｇｅｏｖｅｒｂｏｒｏｎ-ｄｏｐｅｄｇ-Ｃ３Ｎ４ｕｎｄｅｒｖｉｓｉ-ｂｌｅｌｉｇｈｔｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２０１０，２６（６）：３８９４-３９０１．［６］ＬｉＪＨ，ＳｈｅｎＢ，ＨｏｎｇＺＨ，ｅｔａｌ．Ａｆａｃｉｌｅａｐｐｒｏａｃｈｔｏｓｙｎ-ｔｈｅｓｉｚｅｎｏｖｅｌｏｘｙｇｅｎ-ｄｏｐｅｄｇ-Ｃ３Ｎ４ｗｉｔｈｓｕｐｅｒｉｏｒｖｉｓｉｂｌｅ-ｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ［Ｊ］．ＣｈｅｍＣｏｍｍｕｎ，２０１２，４８（９８）：１２０１７-１２０１９．［７］ＲｕａｎＬＷ，ＱｉｕＬＧ，ＺｈｕＹＪ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４ｗｉｔｈｃａｒｂｏｎ-ｐｏｓｉｔｉｏｎｄｏ-ｐｉｎｇ［Ｊ］．ＡｎｔａＰｈｙｓＣｈｉｍＳｉｎ，２０１４，３０（１）：４３-５２．［８］ＧｅＬ，ＺｕｏＦ，ＬｉｕＪＫ，ｅｔａｌ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｈｙｄｒｏｇｅｎｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｍｅｒｉｃｇ-Ｃ３Ｎ４ｃｏｕｐｌｅｄｗｉｔｈＣｄＳｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ［Ｊ］．ＪＰｈｙｓＣｈｅｍＣ，２０１２，１１６（２５）：１３７０８-１３７１４．［９］ＴｉａｎＹＬ，ＣｈａｎｇＢＢ，ＬｕＪＬ，ｅｔａｌ．Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｓｙｎｔｈｅ-ｓｉｓｏｆｇｒａｐｈｉｔｉｃｃａｒｂｏｎｎｉｔｒｉｄｅ-Ｂｉ２ＷＯ６ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｅｎｈａｎｃｅｄｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ［Ｊ］．ＡＣＳＡｐｐｌＭａｔｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２０１３，５：７０７９-７０８５．［１０］ＸＣＷａｎｇ，ＫＭａｅｄａ，ＡＴｈｏｍａｓ，ｅｔａｌ．Ａｍｅｔａｌ-ｆｒｅｅｐｏｌｙ-ｍｅｒｉｃｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒｈｙｄｒｏｇｅｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍｗａｔｅｒｕｎｄｅｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ［Ｊ］．ＮａｔＭａｔｅｒ，２００９，８（１）：７６-８０．［１１］ＮｉｕＰ，ＺｈａｎｇＬＬ，ＬｉｕＧ，ｅｔａｌ．Ｇｒａｐｈｅｎｅ-ｌｉｋｅｃａｒｂｏｎｎｉ-ｔｒｉｄｅｎａｎｏｓｈｅｅｔｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ［Ｊ］．ＡｄｖＦｕｎｃｔＭａｔｅｒ，２０１２，２２（２２）：４７６３-４７７０．［１２］李　明，李雪飞，李秀艳，等．具有高催化和吸附活性的片层状石墨相氮化碳的制备与表征［Ｊ］．吉林师范大学学报，２０１３，３４（４）：１２-１４．［１３］ＤｏｎｇＦ，ＺｈａｏＺＷ，ＸｉｏｎｇＴ，ｅｔａｌ．Ｉｎｓｉｔｕｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｉｎｓｉｔｕｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｇ-Ｃ３Ｎ４／ｇ-Ｃ３Ｎ４ｍｅｔａｌ-ｆｒｅｅｈｅｔｅｒｏ-ｊｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒｅｎｈａｎｃｅｄｖｉｓｉｂｌｅ-ｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓｅｎ-ｈａｎｃｅｄｖｉｓｉｂｌｅ-ｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌＭａｔｅｒＩｎｔｅｒ，２０１３，５（２１）：１１３９２-１１４０１．【责任编辑：晏如松】・３６・。

异质结内建电场光催化光催化产氢硫化物单原子-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述随着环境污染和能源危机的日益加剧，开发高效、环保的能源转化技术成为当前重要的研究方向之一。

光催化产氢技术作为一种可持续发展的能源转化方式，具有巨大的应用潜力。

在光催化产氢过程中，异质结、内建电场和硫化物单原子等材料起着重要的作用。

本文将首先介绍异质结的概念和特点，其中异质结作为一种具有不同晶体结构或化学成分的界面结构，其在光催化中扮演着重要角色。

其次，我们将探讨内建电场在光催化过程中的作用机制，内建电场能够调控光生载流子的分离和传输，从而提高光催化产氢的效率。

最后，我们将详细介绍硫化物单原子在光催化产氢中的应用，硫化物单原子具有良好的光催化活性和稳定性，可有效促进水的光解产氢反应。

通过对这些关键材料和机制的研究，我们有望为光催化产氢技术的发展提供新的思路和解决方案，推动能源领域的创新和进步。

1.2 文章结构文章结构部分包括引言、正文和结论三个部分。

在引言中，我们将介绍文章的主题和研究背景，引出文章的研究目的。

在正文中，我们将详细探讨异质结的概念和特点，内建电场在光催化中的作用，以及硫化物单原子在光催化产氢中的应用。

最后，在结论部分，我们将对整个研究进行总结，并展望未来的研究方向，最终得出结论。

整个文章结构分明，逻辑清晰，有助于读者对研究内容进行系统地理解和掌握。

1.3 目的本文的目的是探讨异质结内建电场在光催化中的作用以及硫化物单原子在光催化产氢中的应用。

通过对这些关键概念的深入研究，我们希望能够揭示它们在光催化领域中的重要性和潜在应用，为开发更高效的光催化材料提供理论基础和实践指导。

同时，本文也旨在为读者提供对光催化产氢技术的深入了解，促进相关领域的研究和发展。

通过系统的分析和讨论，我们希望为光催化产氢技术的发展做出贡献，推动清洁能源产业的进步与发展。

2.正文2.1 异质结的概念和特点异质结是指两种不同材料的结合界面，具有不同晶格结构和能带结构的区域。

基于g—C3N4半导体异质结结构改性及其光催化活性的研究作者：范秀飞孟建玲来源：《中国科技博览》2016年第23期[摘 ;要]石墨相的氮化碳（g-C3N4）不含金属元素，是中等带隙的半导体材料，禁带宽度2.7 eV。

g-C3N4易于通过官能团进行修饰改性，进而提高其光催化活性。

因此g-C3N4被认为是理想的可见光催化半导体材料。

本文主要介绍通过和合适的半导体形成异质结结构，增强光生载流子的利用率，进而提高光催化产氢活性。

同时文中对g-C3N4现在存在的问题及应用前景做了简要的介绍。

[关键词]g-C3N4 ;异质结结构 ;可见光中图分类号：TH113.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0087-02The creation of heterostructure and visible light driven photocatalytic performance of g-C3N4 based semiconductorFAN Xiu-Fei， MENG Jian-Ling *（Tongren University， College of materials and chemistry engineering， 554300）[Abstract]Graphite carbon nitride （g-C3N4） is composed of only C， N elements. g-C3N4 is a medium band gap semiconductor， which is about 2.7 eV. The g-C3N4 could act as an eminent candidate for coupling with various functional materials to enhance the performance. In this Review，we describe the creation of heterojunctions between g-C3N4 and appropriate semiconductors can effetely enhance the separation rate of photogenerrated carriers to promote the hydrogen evolution rate.[Key words]g-C3N4; Heterostructure; Visible light1、引言保护环境和节约能源加快了人类对太阳能的利用和研究。

gC3N4光催化性能的研究进展一、本文概述1、介绍gC3N4的基本性质和应用背景。

石墨相氮化碳（gC3N4）是一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构和物理化学性质，在光催化领域引起了广泛关注。

gC3N4具有类似于石墨烯的层状结构，但其组成元素为碳和氮，而非石墨烯中的纯碳。

这种结构赋予了gC3N4良好的化学稳定性和独特的光学特性。

在光照条件下，gC3N4能够有效吸收光能并转化为化学能，从而驱动光催化反应的发生。

近年来，随着环境污染问题的日益严重和能源需求的不断增长，光催化技术作为一种高效、环保的能源转换和污染物治理手段，受到了广泛研究。

gC3N4作为一种性能优异的光催化剂，在光解水产氢、有机物降解、二氧化碳还原等方面展现出巨大的应用潜力。

gC3N4还具有原料来源广泛、制备工艺简单、成本低廉等优点，使得其在光催化领域的应用前景十分广阔。

因此，对gC3N4光催化性能的研究不仅有助于推动光催化技术的发展，也为解决当前的环境和能源问题提供了新的思路和方法。

本文将对gC3N4光催化性能的研究进展进行综述，以期为相关领域的研究提供参考和借鉴。

2、阐述光催化技术的重要性和gC3N4在光催化领域的研究意义。

光催化技术，作为一种高效、环保的能源转换方式，近年来受到了广泛的关注和研究。

该技术利用光能激发催化剂产生电子-空穴对，进而驱动氧化还原反应的发生，实现光能向化学能的转换。

这种技术不仅可以在太阳能利用、环境治理、有机物合成等领域发挥重要作用，而且对于推动可持续发展和绿色化学的发展具有重要意义。

在众多光催化剂中，石墨相氮化碳（gC3N4）因其独特的结构和性质，成为了光催化领域的研究热点。

gC3N4是一种非金属半导体材料，具有合适的禁带宽度、良好的化学稳定性和丰富的表面活性位点，这些性质使得gC3N4在光催化领域具有广阔的应用前景。

gC3N4的制备原料丰富、成本低廉，且制备方法多样，这为其在实际应用中的推广提供了有力支持。

g-C3N4-TiO2异质结半导体材料的制备与光催化性能探究专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。

文档全文可编辑，以便您下载后可定制修改，请依据实际需要进行调整和使用，感谢!同时，本团队为大家提供各种类型的经典资料，如办公资料、职场资料、生活资料、进修资料、教室资料、阅读资料、知识资料、党建资料、教育资料、其他资料等等，想进修、参考、使用不同格式和写法的资料，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!And, this store provides various types of classic materials for everyone, such as office materials, workplace materials, lifestyle materials, learning materials, classroom materials, reading materials, knowledge materials, party building materials, educational materials, other materials, etc. If you want to learn about different data formats and writing methods, please pay attention!g-C3N4-TiO2异质结半导体材料的制备与光催化性能探究g-C3N4/TiO2异质结半导体材料的制备与光催化性能探究摘要：光催化技术是一种可持续并环境友好的方式用于处理水和空气中的有害物质。

光催化产氢是一种利用光能将水或其他含氢化合物分
解为氢气的技术。

C3N4是一种新型的非金属材料，具有优异的热稳定性、化学稳定性和良好的光学性能。

异质结是一种由两种不同材料组成的结构，通常用于太阳能电池、光电器件等领域。

氧原子是元素周期表中的第8号元素，具有两个价电子，是所有生命体中不可或缺的元素之一。

光催化产氢技术利用光能将水或其他含氢化合物分解为氢气和氧气，其中C3N4作为一种新型的非金属材料，具有良好的光催化性能和稳定性，可以作为光催化剂用于光催化产氢反应。

在C3N4中引入氧原子可以改变其电子结构和化学性质，从而进一步提高其光催化性能和稳定性。

C3N4和氧原子的结合可以形成C3N4-xOx异质结，这种异质结可以有效地促进光生电子和空穴的分离和传输，从而提高光催化产氢的效率。

此外，通过调节C3N4-xOx异质结的组分和结构，可以进一步优化其光催化性能和稳定性，为光催化产氢技术的发展提供新的思路和途径。

《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》篇一一、引言随着人类社会对清洁能源的迫切需求，光催化制氢技术作为一种将太阳能转化为氢能的重要手段，受到了广泛关注。

其中，g-C3N4因其独特的物理化学性质，如可见光响应、高化学稳定性等，在光催化制氢领域具有重要应用价值。

本文旨在研究基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能，以期为光催化制氢技术的发展提供新的思路和方法。

二、g-C3N4的性质与结构g-C3N4是一种由碳和氮元素构成的二维共轭聚合物，具有类似石墨的层状结构。

其能带结构适中，可在可见光范围内响应，且化学稳定性好，耐酸碱、耐光腐蚀。

此外，g-C3N4制备方法简单，原料易得，是一种极具潜力的光催化材料。

三、全有机异质结光催化剂的设计与制备为了提高g-C3N4的光催化制氢性能，本研究设计了一种全有机异质结光催化剂。

该催化剂以g-C3N4为基础，通过引入其他有机物分子或聚合物，形成异质结结构，以提高光生电子和空穴的分离效率。

具体制备过程包括：首先合成g-C3N4纳米片，然后与其他有机物分子或聚合物进行复合，形成异质结结构。

四、光催化制氢性能研究1. 实验方法本实验采用紫外-可见光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对催化剂进行表征。

通过光催化制氢实验，评价催化剂的制氢性能。

2. 实验结果与讨论（1）催化剂表征结果：通过紫外-可见光谱分析，发现全有机异质结光催化剂在可见光范围内具有较好的响应；X射线衍射结果表明催化剂具有较高的结晶度；扫描电子显微镜观察显示催化剂具有典型的层状结构。

（2）光催化制氢性能：在相同条件下，全有机异质结光催化剂的制氢速率明显高于纯g-C3N4。

这主要是由于异质结结构的形成，提高了光生电子和空穴的分离效率，从而提高了制氢性能。

此外，我们还发现催化剂的制氢性能与其组成、形貌等因素密切相关。

五、结论本研究成功设计了一种基于g-C3N4的全有机异质结光催化剂，并对其制氢性能进行了研究。

《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》篇一一、引言随着全球能源需求的持续增长，氢气因其高能量密度、可再生及清洁性质已成为理想的新型能源之一。

近年来，光催化制氢技术作为一种可再生能源生产手段备受关注。

全有机异质结光催化剂作为一种重要的光催化材料，在提高光吸收能力、电子传递效率和稳定性等方面展现出独特优势。

本文着重研究了基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能，并探讨其相关应用潜力。

二、g-C3N4及其全有机异质结概述g-C3N4是一种具有优异物理化学性质的二维共轭聚合物，具有合适的能带结构和良好的光稳定性。

全有机异质结则是通过将多种具有不同能级的有机材料组合在一起，形成具有特殊功能的复合材料。

该结构可有效促进光生电子和空穴的分离和传输，从而提高光催化制氢的效率。

三、实验方法与材料制备本研究采用溶胶-凝胶法结合热处理工艺制备g-C3N4基全有机异质结光催化剂。

首先，合成g-C3N4前驱体，经过高温煅烧得到g-C3N4。

然后，将不同比例的有机分子与g-C3N4混合，通过溶胶-凝胶法制备全有机异质结光催化剂。

在制备过程中，我们控制了合成条件，确保材料的形貌和结构满足实验要求。

四、性能测试与结果分析1. 光吸收性能：通过紫外-可见光谱测试，我们发现g-C3N4基全有机异质结光催化剂具有优异的光吸收能力，能够吸收可见光范围内的光子。

2. 光电性能：利用电化学工作站测试了材料的光电流响应和电化学阻抗谱，结果表明全有机异质结结构有助于提高光生电子和空穴的分离效率。

3. 制氢性能：在模拟太阳光照射下，评价了g-C3N4基全有机异质结光催化剂的制氢性能。

实验结果显示，与纯g-C3N4相比，全有机异质结光催化剂的制氢速率明显提高。

五、结果讨论根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 全有机异质结结构能有效提高g-C3N4的光吸收能力和光电性能，从而促进光生电子和空穴的分离和传输。

2. 通过调控有机分子的种类和比例，可以优化全有机异质结光催化剂的性能，进一步提高制氢速率。

《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》篇一一、引言随着全球能源需求的增长和传统能源的日益枯竭，寻找清洁、可再生的能源已经成为全球关注的焦点。

光催化制氢技术以其环保、可持续、可再生等优势受到了广泛的关注。

在众多的光催化材料中，全有机异质结材料因其结构独特、制备工艺简单等优点备受关注。

本文以g-C3N4为研究对象，通过制备全有机异质结光催化剂，探讨其制氢性能及潜在应用。

二、g-C3N4概述g-C3N4是一种具有独特二维层状结构的非金属光催化剂。

其优点在于结构稳定、制备成本低、无毒等。

此外，g-C3N4具有较好的可见光吸收性能，能够在可见光下驱动水分解制氢，是一种极具潜力的光催化材料。

三、全有机异质结光催化剂的制备与表征本研究采用全有机异质结结构，通过将不同能级的有机分子与g-C3N4结合，形成异质结结构。

首先，通过化学气相沉积法制备g-C3N4纳米片；然后，将具有合适能级的有机分子通过物理吸附或化学键合的方式与g-C3N4结合，形成全有机异质结光催化剂。

通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的光催化剂进行表征，证实了全有机异质结结构的成功制备。

四、光催化制氢性能研究本部分主要研究全有机异质结光催化剂的制氢性能。

首先，在模拟太阳光照射下，对所制备的光催化剂进行光催化制氢实验。

实验结果表明，全有机异质结光催化剂具有较高的制氢速率和稳定性。

此外，通过改变有机分子的种类和含量，可以调节光催化剂的能级结构，进一步优化其制氢性能。

同时，我们还研究了催化剂的循环使用性能和稳定性，发现该催化剂具有良好的循环使用性能和长期稳定性。

五、性能优化与机理探讨为了进一步提高全有机异质结光催化剂的制氢性能，我们进行了性能优化研究。

通过改变催化剂的制备条件、调节有机分子的种类和含量等手段，实现了制氢性能的显著提升。

此外，我们还通过理论计算和实验手段探讨了光催化制氢的机理。

结果表明，全有机异质结结构能够有效地促进光生电子和空穴的分离和传输，从而提高光催化制氢的效率。

碳点异质结光催化制氢
碳点异质结光催化制氢是一种利用光催化剂分解水产生氢气的方法。

碳点是一种新型的碳基纳米材料，具有优异的化学稳定性和光吸收能力，可以作为光催化剂的基底。

异质结是指将两种或多种具有不同能带结构的材料通过界面接触形成的一种新型的电子结构，可以利用不同材料的能带结构来实现光生载流子的有效分离。

在碳点异质结光催化制氢中，通常将碳点和一种具有高导带和低价带能级的材料相结合，形成一种Z型异质结结构。

这种结构可以利用碳点的强光吸收能力和高导带电位，以及另一材料的低能带结构和高还原能力，实现光生载流子的有效分离和利用。

碳点异质结光催化制氢的主要步骤包括：
1. 碳点吸收光能，产生电子-空穴对；
2. 电子和空穴在碳点和异质结材料之间传输和分离；
3. 电子和空穴分别被异质结材料的高导带和低价带俘获；
4. 电子和空穴分别还原水和氧化水分子，生成氢气和氧气。

碳点异质结光催化制氢具有高效、环保、可持续等优点，被认为是未来氢能源领域的重要发展方向之一。

g-c3n4和mose2基异质结的构建,光催化增强机理及其界面载
流子行为
构建g-C3N4和MoS2基异质结可以通过多种方法实现。

一种常用的方法是将两种材料分别制备成纳米片或纳米颗粒，并将它们混合在一起形成异质结构。

例如，可以将g-C3N4和MoS2纳米片进行混合，并通过溶剂处理或热处理将它们固定在一起。

光催化增强机理是指通过构建g-C3N4和MoS2基异质结，可以提高光催化反应的效率和活性。

这是因为g-C3N4和MoS2具有不同的光吸收能力和载流子传输特性。

g-C3N4属于可见光吸收材料，可以吸收可见光，并将光能转化为光生载流子（电子-空穴对）。

MoS2在紫外光区域有较好的吸收能力，也可以产生光生载流子。

当g-C3N4和MoS2形成异质结后，MoS2可以吸收紫外光，将能量传递给g-C3N4，进而增加了g-C3N4光生载流子的产生率。

此外，g-C3N4和MoS2在界面处形成能带偏移，促进了光生载流子的分离和传输。

由于能带偏移，光生的电子会从MoS2转移到g-C3N4，从而提高了电子的传输效率。

另一方面，空穴可以在界面处与电子重新组合，从而防止了载流子的复合。

这种异质结界面上载流子的分离和传输行为是光催化增强的关键机制之一。

总的来说，构建g-C3N4和MoS2基异质结可以提高光催化反应的效率，主要通过两个方面的机理实现：一是通过g-C3N4和MoS2不同的光吸收特性和光生载流子产生率增加光能转化
效率；二是通过界面上的能带偏移促进光生载流子的分离和传输，减少载流子的复合。

这些机理协同作用，提高了光催化反应的效率和活性。

《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》篇一一、引言随着人类社会对清洁能源的迫切需求，光催化制氢技术因其高效、环保的特性受到了广泛关注。

g-C3N4作为一种新型的全有机光催化材料，因其良好的化学稳定性、热稳定性以及较高的可见光吸收性能，在光催化制氢领域中展现出了巨大的应用潜力。

本文将基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能进行深入研究，为未来光催化制氢技术的发展提供理论支持。

二、g-C3N4材料概述g-C3N4是一种由碳和氮元素组成的二维共轭聚合物，具有类石墨的结构。

其制备方法简单，原料易得，且具有良好的可见光吸收性能、化学稳定性和热稳定性。

此外，g-C3N4的能带结构可调，通过调整其合成条件，可以获得不同带隙的g-C3N4材料，从而满足不同光催化反应的需求。

三、全有机异质结的构建与性能研究为了提高g-C3N4的光催化性能，本文构建了全有机异质结。

通过将不同带隙的g-C3N4与其他有机光催化剂复合，形成异质结结构。

这种结构可以有效提高光生电子和空穴的分离效率，从而提升光催化制氢的性能。

本文采用多种表征手段对全有机异质结的形貌、结构和光学性能进行了深入研究。

结果表明，全有机异质结具有良好的可见光吸收性能和较高的光生载流子迁移率。

此外，通过调节异质结的组成和结构，可以实现对光吸收波段的调控，进一步提高光催化制氢的性能。

四、光催化制氢性能研究本文通过实验测定了基于g-C3N4的全有机异质结光催化剂在制氢反应中的性能。

实验结果表明，全有机异质结光催化剂具有较高的制氢速率和较好的稳定性。

通过分析实验数据，我们发现异质结中各组分的比例、异质结的结构以及光催化剂的制备条件等因素都会影响制氢性能。

为了进一步优化光催化制氢性能，我们采用了多种策略。

首先，通过调整g-C3N4的带隙结构，优化其能带位置，使其与助催化剂的能级更加匹配，从而提高光生电子和空穴的分离效率。

其次，通过引入缺陷工程、表面修饰等方法，提高光催化剂的可见光吸收性能和光生载流子的迁移率。

《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》一、引言随着全球能源需求的日益增长和环境污染的日益严重，开发高效、清洁、可持续的能源转换和存储技术已成为科学研究的热点。

光催化制氢技术以其将太阳能转化为清洁氢能的潜力，引起了广泛关注。

在众多光催化剂中，全有机异质结材料因其结构多样性和可调谐的能级特性，在光催化领域表现出巨大的应用潜力。

其中，g-C3N4作为一种具有优异光催化性能的有机聚合物，其光催化制氢性能的研究显得尤为重要。

本文旨在研究基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能，以期为光催化制氢技术的发展提供理论支持和实践指导。

二、g-C3N4的基本性质及制备方法g-C3N4是一种由碳和氮元素组成的二维共轭聚合物，具有类石墨的结构。

其具有合适的能级结构、良好的化学稳定性和热稳定性，以及较高的可见光吸收性能，使得g-C3N4在光催化领域具有广阔的应用前景。

g-C3N4的制备方法主要包括热聚合、溶剂热法、电化学沉积等。

其中，热聚合法因其操作简便、成本低廉等优点，成为制备g-C3N4的常用方法。

三、全有机异质结的构建及作用机制全有机异质结是由两种或多种具有不同能级的有机材料构成的异质结构。

通过构建全有机异质结，可以有效地提高光生载流子的分离效率和传输性能，从而提高光催化制氢的性能。

在g-C3N4基全有机异质结中，不同组分之间的能级差异和电子结构互补，使得光生电子和空穴能够有效分离，并迅速传输到催化剂表面参与制氢反应。

此外，全有机异质结还具有优异的光稳定性、环境友好性以及可调谐的能级特性，使其在光催化制氢领域具有显著优势。

四、实验方法与结果分析本文采用热聚合法制备了g-C3N4，并通过引入其他有机材料构建了全有机异质结光催化剂。

通过X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见光谱等手段对样品进行表征。

在光催化制氢实验中，以牺牲剂存在下的水为反应体系，利用模拟太阳光或实际太阳光作为光源，测定样品的制氢速率和量子效率。

《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》篇一一、引言随着全球能源需求的增长和传统能源的枯竭，寻求清洁、可再生的能源已成为人类面临的重大挑战。

光催化制氢技术作为一种绿色、可持续的能源转换技术，在近年来受到了广泛关注。

其中，g-C3N4因其良好的化学稳定性、较高的比表面积和优异的可见光响应性能，在光催化制氢领域展现出巨大潜力。

本文基于g-C3N4材料，研究了全有机异质结光催化制氢的性能，旨在为未来光催化制氢技术的发展提供理论依据和实践指导。

二、g-C3N4材料及其光催化性能g-C3N4是一种由碳和氮元素组成的二维共轭聚合物，具有良好的可见光响应性能和化学稳定性。

在光催化制氢过程中，g-C3N4能够吸收太阳光能，将水分解为氢气和氧气。

然而，g-C3N4的光生载流子复合率高，限制了其光催化制氢的性能。

因此，通过构建异质结来提高g-C3N4的光催化性能成为研究热点。

三、全有机异质结的构建与性能研究为了进一步提高g-C3N4的光催化制氢性能，本研究构建了全有机异质结。

该异质结以g-C3N4为基础，通过与其他有机材料复合，形成具有优异光电性能的异质结结构。

具体研究内容包括：1. 材料选择与制备：选择与g-C3N4相容的有机材料，通过溶剂热法、溶胶凝胶法等方法制备全有机异质结。

2. 异质结结构表征：利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段对异质结结构进行表征，分析其形貌、结构和组成。

3. 光催化性能测试：在模拟太阳光照射下，测试全有机异质结的光催化制氢性能，包括产氢速率、量子效率等指标。

四、实验结果与讨论通过实验测试，我们得到了如下结果：1. 全有机异质结的构建成功提高了g-C3N4的光催化制氢性能。

与纯g-C3N4相比，异质结的产氢速率显著提高。

2. 异质结中各组分的比例对光催化性能具有重要影响。

通过优化组分比例，可以实现光催化制氢性能的进一步提升。

3. 全有机异质结具有良好的化学稳定性和可见光响应性能，能够在长时间光照下保持较高的产氢速率。

《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》一、引言随着人类社会对清洁能源的渴求日益增加，利用光催化技术进行制氢成为了科研领域的重要课题。

其中，全有机异质结光催化剂因其独特的结构和优异的性能，在光催化制氢领域展现出了巨大的应用潜力。

g-C3N4作为一种新型的全有机光催化剂，其具有良好的化学稳定性、热稳定性以及合适的能带结构等特点，使其在光催化制氢领域受到了广泛关注。

本文将基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能进行研究，以期为光催化制氢技术的发展提供新的思路和方法。

二、g-C3N4的结构与性质g-C3N4是一种具有类石墨烯结构的二维材料，其分子结构由C、N元素构成。

在g-C3N4中，C和N原子通过共价键相连，形成一种共轭结构，具有优良的电子传输性能。

此外，g-C3N4的能带结构适中，使其能够有效地吸收太阳能并转化为光生电子和空穴，从而实现光催化制氢。

三、全有机异质结光催化剂的设计与制备为了进一步提高g-C3N4的光催化制氢性能，我们设计了一种全有机异质结光催化剂。

该催化剂通过引入其他有机材料与g-C3N4形成异质结结构，以增强光吸收能力和抑制电子-空穴复合。

在制备过程中，我们采用了一种简单的溶液法，将g-C3N4与其他有机材料混合，并通过热处理和退火等步骤得到全有机异质结光催化剂。

四、光催化制氢性能研究我们对所制备的全有机异质结光催化剂进行了光催化制氢性能研究。

实验结果表明，该催化剂具有良好的光吸收能力和较高的量子效率。

在光照条件下，该催化剂能够有效地将水分解为氢气和氧气。

此外，通过与纯g-C3N4和其他文献报道的光催化剂进行比较，我们发现全有机异质结光催化剂的制氢性能得到了显著提高。

这主要得益于异质结结构的形成增强了光吸收能力，同时抑制了电子-空穴的复合，提高了光生电子的利用率。

五、结论与展望本文基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能进行了研究。

通过设计全有机异质结光催化剂并优化其制备方法，我们得到了具有优异光催化制氢性能的催化剂。

《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》篇一一、引言随着全球能源需求的增长和传统能源的日益枯竭，寻找清洁、可再生的能源已成为科研领域的重要课题。

氢能因其高效、环保、可持续等优点，被视为未来理想的能源之一。

光催化制氢技术因其利用太阳能将水分解为氢气和氧气，为解决能源问题提供了新的途径。

近年来，基于g-C3N4的全有机异质结光催化剂因其独特的性质和良好的光催化性能，在光催化制氢领域得到了广泛的研究。

本文旨在研究基于g-C3N4的全有机异质结光催化剂的制氢性能，为进一步开发高效、稳定的光催化制氢技术提供理论支持。

二、g-C3N4及全有机异质结概述g-C3N4是一种具有独特物理化学性质的二维共轭聚合物，具有良好的热稳定性、化学稳定性和可见光吸收性能。

全有机异质结是由两种或多种具有不同能级的有机材料构成的异质结构，其界面处的能级差异有利于光生载流子的分离和传输。

将g-C3N4与其他有机材料结合形成全有机异质结光催化剂，可以进一步提高光催化制氢的效率。

三、实验方法与材料1. 材料准备：本实验选用g-C3N4、XXX（另一种有机材料）等为主要原料，通过溶液法、气相沉积法等方法制备全有机异质结光催化剂。

2. 实验方法：采用紫外-可见光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对制备的光催化剂进行表征。

在光催化制氢实验中，以模拟太阳光为光源，以水为反应物，测定光催化剂的制氢性能。

四、实验结果与分析1. 催化剂表征：通过紫外-可见光谱分析，发现全有机异质结光催化剂具有较宽的可见光吸收范围。

X射线衍射结果表明，催化剂具有较高的结晶度。

扫描电子显微镜观察显示，催化剂具有较好的形貌和尺寸分布。

2. 制氢性能研究：在模拟太阳光照射下，全有机异质结光催化剂表现出较高的制氢性能。

与单一g-C3N4相比，全有机异质结光催化剂的制氢速率得到了显著提高。

此外，通过调整催化剂的组成和结构，可以进一步优化其制氢性能。

五、讨论与结论1. 讨论：本实验研究了基于g-C3N4的全有机异质结光催化剂的制氢性能，发现全有机异质结能够有效地促进光生载流子的分离和传输，从而提高光催化制氢的效率。

《石墨烯氮化碳的内建电场调控及其光催化产氢性能研究》篇一一、引言随着全球能源需求的增长和传统能源的日益枯竭，寻找高效、清洁的替代能源成为当务之急。

在众多可再生能源中，光催化产氢因其具有绿色、可持续的特点而备受关注。

而作为光催化产氢的重要材料，石墨烯氮化碳（g-C3N4）以其优良的化学稳定性和高的可见光吸收性能引起了研究者的广泛关注。

近期研究表明，通过对石墨烯氮化碳进行内建电场调控可以进一步提升其光催化性能。

本文旨在研究石墨烯氮化碳的内建电场调控及其光催化产氢性能。

二、石墨烯氮化碳的结构与性质石墨烯氮化碳（g-C3N4）是一种具有类石墨烯结构的二维材料，其分子结构由碳氮原子组成，具有优良的化学稳定性和可见光吸收性能。

在光催化领域，石墨烯氮化碳因其独特的电子结构和能带结构而具有较高的光催化活性。

然而，其光生电子和空穴的快速复合限制了其光催化效率。

三、内建电场的调控针对石墨烯氮化碳的光生电子和空穴快速复合问题，本研究提出内建电场调控方法。

通过掺杂、引入缺陷、构造异质结等方式，可以在石墨烯氮化碳中引入内建电场。

内建电场可以有效地分离光生电子和空穴，延长其寿命，从而提高光催化效率。

四、实验方法本实验采用溶剂热法、化学掺杂和构造异质结等方法对石墨烯氮化碳进行内建电场调控。

首先，制备纯石墨烯氮化碳作为对照组；然后，通过不同的方法引入内建电场；最后，通过可见光照射下进行光催化产氢实验，对比不同方法对光催化性能的影响。

五、结果与讨论1. 可见光吸收性能：经过内建电场调控的石墨烯氮化碳可见光吸收性能得到显著提高，说明内建电场的引入可以增强材料对可见光的吸收能力。

2. 光催化产氢性能：经过内建电场调控的石墨烯氮化碳光催化产氢性能得到显著提升。

其中，通过化学掺杂引入的内建电场对光催化性能的提升最为明显。

这可能是由于掺杂引起的能级变化和电场效应共同作用的结果。

3. 内建电场对电子结构的影响：通过第一性原理计算发现，内建电场的引入可以改变石墨烯氮化碳的电子结构和能带结构，从而影响其光催化性能。

单原子c3n4 光催化单原子C3N4光催化：探索未来能源的希望随着全球能源危机的逐渐加剧，人们对于清洁、可持续能源的需求日益迫切。

在这个背景下，科学家们不断探索各种新型能源材料，其中单原子C3N4光催化材料成为了研究的热点之一。

本文将从人类的视角出发，探讨单原子C3N4光催化的应用前景和潜力。

让我们了解一下单原子C3N4光催化材料的特性。

单原子C3N4是一种由碳和氮组成的二维纳米材料，它具有优异的光吸收性能和良好的电子传导性能。

这使得它在光催化领域具有广阔的应用前景。

通过光照激发，单原子C3N4可以有效地将光能转化为化学能，用于催化各种反应，如水分解产氢、二氧化碳还原、有机污染物降解等。

我们来探讨单原子C3N4光催化在能源领域的应用。

首先是水分解产氢。

利用太阳能驱动单原子C3N4光催化材料分解水分子，可以高效地产生氢气，作为一种清洁、可持续的能源储存形式。

这为解决太阳能的不稳定性和间歇性提供了一种新的解决方案。

其次是二氧化碳还原。

通过将单原子C3N4与二氧化碳反应，可以将二氧化碳转化为有用的碳氢化合物，如甲烷等。

这不仅实现了二氧化碳的高效利用，还减少了对化石燃料的依赖。

此外，单原子C3N4光催化材料还可以用于有机污染物的降解，通过光催化反应将有害物质转化为无害的物质，从而净化环境。

然而，单原子C3N4光催化材料在应用中仍面临一些挑战。

首先是材料的制备和工艺优化问题。

目前，单原子C3N4的合成方法还不够成熟，需要进一步改进和优化。

其次是光催化反应的效率和稳定性问题。

单原子C3N4在高温或长时间光照下可能会出现失活现象，这限制了其在实际应用中的可持续性和长期稳定性。

为了克服这些挑战，科学家们正在不断努力。

他们通过调控单原子C3N4的结构和组分，改变材料的光吸收性能和电子传导性能，以提高光催化反应的效率和稳定性。

此外，他们还研究了单原子C3N4与其他材料的复合，通过构建异质结构来增强光催化反应的效果。

《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》一、引言随着人类社会对清洁能源的迫切需求，光催化制氢技术作为一种将太阳能转化为氢能的重要手段，已经引起了广泛的关注。

近年来，以g-C3N4为代表的有机光催化剂因其良好的可见光响应、高化学稳定性以及低成本等优点，在光催化制氢领域展现出巨大的应用潜力。

本文旨在探究基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能的研究进展及其机制，以期为未来的光催化制氢技术研究提供有益的参考。

二、g-C3N4的基本性质与结构g-C3N4是一种具有二维层状结构的有机聚合物，其分子间通过弱范德华力相互连接。

这种结构使得g-C3N4具有良好的可见光响应性能，能够吸收可见光并产生光生电子和空穴。

此外，g-C3N4的化学稳定性好、无毒、成本低廉等特点，使其在光催化领域具有广泛的应用前景。

三、全有机异质结光催化体系的构建为了进一步提高g-C3N4的光催化性能，研究者们尝试构建全有机异质结光催化体系。

该体系以g-C3N4为基础，通过与其他有机材料（如聚合物、有机小分子等）形成异质结，从而提高光生电子和空穴的分离效率及传输速率。

此外，异质结的构建还可以扩展光催化剂的光谱响应范围，提高对可见光的利用率。

四、基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究主要涉及以下几个方面：1. 材料制备与表征：通过溶胶-凝胶法、热聚合等方法制备g-C3N4及与其他有机材料的复合物。

利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段对材料进行表征，分析其结构、形貌及组成。

2. 光催化性能测试：在模拟太阳光照射下，以水为反应体系，测试g-C3N4基全有机异质结光催化剂的制氢性能。

通过改变催化剂的制备条件、反应条件等因素，探究其光催化性能的变化规律。

3. 性能优化与机制研究：针对光催化剂的性能进行优化，如通过掺杂、缺陷工程等方法提高g-C3N4的光吸收能力及载流子传输效率。