碳基复合催化剂的构建及光电化学性能研究

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为解决制约社会发展的两大难点:环境问题和能源问题,光催化材料作为一种新型的环保材料出现在人们的视野中,该领域在短时间内成为了研究的热点。但是目前光催化领域中的众多半导体光催化剂的光催化效率较低,难以大量高效应用在工业及生活中。针对这一问题,本文以提高光催化活性为目的,从促进电荷分离方面,引入碳材料改良其性能。碳基材料由于具有成本低廉、稳定好和无毒无害的优点,在能源环境、化学生物成像和传感、还有光催化领域中都有巨大的应用潜力,对人类的社会发展具有着重要的作用。利用碳基材料具有优异的电子传输和储存电荷特性,耦合部分光催化剂制备出复合光催化体系材料,促进复合材料内电子的迁移,提高体系的电荷分离效率,从而使光催化剂的光催化性能有较好的提升,益于光催化的进一步应用研究。本课题的主要研究内容如下:通过一步电化学刻蚀石墨得到碳点。后以碘甲胺(MAI)和碘化铅(Pb I2)为原料,用超声法得到甲胺铅碘,并通过超声制备其与碳点的复合材料(MAPb I3/C)。通过X射线衍射,扫描电镜和透射电镜,拉曼光谱及红外光谱等现代分析设备对复合材料的组成及结构进行分析并证明出现了一种Pb-O-C桥键。光电化学测试对比复合材料与原始材料的光电流,光电压,线性扫描,稳定性等性能,结果证明碳点的引入改良了材料的光电化学性能。同时,采用荧光光谱分析,紫外可见光漫反射光谱分析,电化学阻抗分析研究光生电荷的分离复合效率及其碳基材料在光电过程中的重要传输作用,从而推理得到用碳材料提升甲胺铅碘性能和稳定性的原因。以超声法合成MAPb I3,然后加入石墨炔继续在超声下混合获得甲胺铅碘和石墨炔的复合材料(MAPb I3/GY)。TEM表征中可以看到复合材料的形貌。XRD,拉曼,红外都证明了复合材料中存在MAPb I3和GY的特征峰。通过价带谱和紫外可见吸收谱得到了材料的价带和带宽,推测得出了材料的能带结构。光电化学性能测试结果表明复合材料的性能相比原始材料的性能有明显的提升,光电流为原始材料的4.2倍。石墨炔改变了复合物的能带结构从而导致了性能的提升。以三聚氰胺为原料通过高温煅烧三小时得到氮化碳(g-C3N4),与超声合成法得到的石墨炔通过自组装得到氮化碳和石墨炔的复合材料(g-C3N4/GY)。XRD测试表明复合材料存在g-C3N4和GY的特征峰。光电化学性能测试表明10%GY含量复合材料的光电流,光电压,线性扫描测试,阻抗性能都优于5%GY含量的复合材料以及纯氮化碳。结果表明在g-C3N4中引入适量(10%含量GY)的石墨炔材料可以得到最佳的电荷分离效率,石墨炔增强了氮化碳材料的光电化学性能。
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