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石墨相氮化碳(g-C3N4)由于具有无毒、高效、不含金属成分、制备工艺简单、带隙合适、化学稳定性良好等优点,而成为了光催化水分解领域的研究热点。但是由于单体g-C3N4自身的特性,其本身还存在如比表面积小、光生电子-空穴对复合严重、量子效率较低和禁带宽度较大等问题而不能对太阳光进行有效利用,严重制约了它在能源、环境和光催化领域的大规模推广应用。因此,为了更好的利用太阳光,得到较高可见光响应的光催化水分解效率,就必须对单体g-C3N4进行优化改性。本论文主要从提升单体g-C3N4比表面积,降低光生电子-空穴复合几率出发,以单体g-C3N4为基础构建半导体异质结光催化剂,并采用X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM),紫外可见分光光度计(UV-Vis),傅里叶变换红外光谱仪(FTIR),X射线光电子能谱分析(XPS),原子力显微镜(AFM),和热重分析(TG)等表征方法对催化剂的结构和性能进行了测试。最后,利用光解水制氢系统对样品的光催化性能进行了评价。具体研究内容如下:1、以尿素为原料在550℃C下高温煆烧得到g-C3N4。以氮化碳和四氯化钛作为前驱体,采用一步水热法合成TiO2/g-C3N4异质结结构。g-C3N4通过与TiO2的共生长实现了自剥离,转变成更薄的纳米片,增大了其比表面积,并且在异质结里充当了模板的作用,促进了 TiO2的(001)活性晶面的暴露。测试结果表明这种异质结结构确保了光生载流子的有效分离。2、通过改变异质结中TiO2的含量,我们对其产氢性能进行了对比研究,结果表明TiO2/g-C3N4-3号样品可以达到154μmol·h-1的最佳产氢速率。之后又对该催化剂的稳定性进行了研究,通过对比产氢前后XRD,TEM和XPS测试结果,我们可以发现该异质结光催化剂具有很好的稳定性。3、将我们所制得产氢光催化剂TiO2/g-C3N4与W03、BiV04等产氧光催化剂结合在氧化还原介质的作用下,组成Z体系。同时促进了水分解中H2和O2的生成。在波长为365和405nm的LED单色光照射下,实现了 4.94%和4.01%的外量子效率(AQY)。4、以尿素为原料在550℃C下高温煅烧得到g-C3N4。以氮化碳和氯化镍作为前驱体,采用一步水热法合成Ni(OH)2/g-C3N4异质结结构。g-C3N4通过与Ni(OH)2的生长实现了自剥离,转变成更薄的纳米片,增大了其比表面积,并且在异质结里充当了模板的作用,促进了 Ni(OH)2的(001)活性晶面的暴露。测试结果表明这种异质结结构确保了光生载流子的有效分离。5、我们利用电化学工作站对Ni(OH)2/g-C3N4光电流响应能力进行了研究。结果表明与单体的g-C3N4相比异质结Ni(OH)2/g-C3N4光电流响应得到很大的提升。通过对Ni(OH)2含量的优化,我们得到了14.2μmol·h-的产氢速率和7.2μmol·h-1的产氧速率,并且达到20h以上的稳定活性。在405nm可见光辐照下,外量子效率(AQY)可以达到1.48%。