石墨相氮化碳复合材料的制备及其催化高氯酸铵热分解的研究

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石墨相氮化碳(g-C3N4)具有热稳定性好、化学稳定性好、耐高温、耐酸碱和环境友好等优点,作为新型非金属催化剂备受关注,在催化等领域都有较好的应用前景。但体相g-C3N4的比表面积小、禁带宽度大、光(热)激发产生的电子-空穴对易复合、电子传输速度慢,这严重限制了g-C3N4的应用。本文利用半导体复合以及微观形貌控制两种方法来对体相g-C3N4进行改性,制备出新型三元g-C3N4/GO/MnO2二维复合材料以及新型二元nfg-C3N4/Co3O4 QDs一维复合材料来加强对高氯酸铵(AP)的催化性能。本文首先采用原位生成法制备出g-C3N4/GO复合材料,并在此基础上,以KMnO4为原料在氧化石墨烯(GO)表面原位生成MnO2,制备出含有g-C3N4、氧化石墨烯、二氧化锰(MnO2)的新型三元g-C3N4/GO/MnO2二维复合材料。利用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、激光拉曼光谱仪、透射电子显微镜、比表面积及孔容孔径测试及X射线光电子能谱仪分析g-C3N4及其复合材料(g-C3N4/GO、g-C3N4/GO/MnO2)的结构与形貌,最后采用差示扫描量热仪和热重分析研究g-C3N4/GO、g-C3N4/GO/MnO2在2%催化剂添加量的情况下对高氯酸铵(AP)热分解的催化性能,结果表明g-C3N4/GO使AP高温热分解峰的温度降低至364.8℃,g-C3N4/GO/MnO2使AP高温热分解峰的温度降低至327.8℃,同时探讨了复合材料催化AP热分解的机理。其次利用强碱将块状g-C3N4水解剥离成纳米纤维状nfg-C3N4,再利用原位生成法在nfg-C3N4表面生长四氧化三钴量子点(Co3O4 QDs),制备出新型二元nfg-C3N4/Co3O4QDs一维复合材料,利用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、激光拉曼光谱仪、透射电子显微镜、及X射线光电子能谱仪分析nfg-C3N4以及nfg-C3N4/Co3O4 QDs的结构与形貌,最后采用差示扫描量热仪和热重分析研究二者在2%催化剂添加量的情况下对高氯酸铵(AP)热分解的催化性能,结果表明nfg-C3N4使AP高温热分解峰温度降低至380.4℃,nfg-C3N4/Co3O4 QDs使AP高温分解温度提前至298.0℃。
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