固氮反应是自然界仅次于光合作用第二大重要反应,保证了在氮循环过程中游离态氮气向可吸收的化合态氮的有序转化。目前,哈伯固氮法是主要固氮方法但因其苛刻的反应条件带来巨大的能耗及海量碳排放。与其相比,光催化技术可利用太阳能在温和的反应条件下,实现绿色、低能耗的固氮。石墨相氮化碳(g-C3N4)为非金属光催化剂,因其物理化学性质稳定、廉价易得等优点被广泛应用于催化固氮领域。然而,传统g-C3N4的光生空穴和光电子易复合、波长大于470nm的光波吸收能力差以及比表面积较小等缺陷,影响了 g-C3N4的固氮效率。为了提高g-C3N4的固氮性能,本文针对上述缺陷,提出了多种g-C3N4的改性手段,并通过表征方法来确定具体的改性的机制,同时设计了光催化固氮实验证明改性手段的有效性和合理性,以及对固氮机制的初步探讨,具体的研究内容如下:(1)以三聚氰胺为前驱体通过热聚合法制备出原始g-C3N4,然后在氨气(NH3)气流下二次焙烧,制备出具有丰富碳空位的g-C3N4纳米片,并对改性前后的g-C3N4进行XRD、BET、XPS、pL及Uv-vis等表征。比表面较原g-C3N4提高大约6倍(～33.86m2·g-1),而丰富的碳空位作为活性中心,有效地抑制了光生空穴和光生电子迁移及增大了催化剂对N2的吸附能力。在光催化剂的活性实验中发现捕获剂种类对固氮效率有重大影响,其中乙二醇对空穴的捕获效果最佳,且最优捕获效果的为0.1%体积浓度的乙二醇。在模拟的太阳光照射下,NH3改性后的g-C3N4的固氮性能是未改性的g-C3N4的～5.78倍。(2)利用臭氧(03)的强氧化性和腐蚀性对g-C3N4进行处理,得到了禁带宽度更窄的以及更好的吸收光能力半导体催化剂。通过表征发现,臭氧处理后的材料中还具有碳空位,充当了活性位点。催化实验表明臭氧处理2个小时后的g-C3N4的固氮效率最好,大约是原始g-C3N4的固氮效率的2.7倍。此外,经4次循环实验,改性后的g-C3N4仍保持高效、稳定的固氮效率,说明其具有较好的应用前景。(3)以三种不同的前驱体,双氰胺、硫脲和三聚氰胺,利用过硫酸钠的强氧化性以及分解产生的气流的吹脱作用,分别制备了 3种不同的光催化剂。通过表征发现过硫酸钠不仅影响了 g-C3N4的晶体结构和化学组成,而且还影响了比表面积和孔径分布。三种前驱体在过硫酸钠作用后不同程度上产生了氮空位,其中前驱体为三聚氰胺的g-C3N4氮空位数量最多。在模拟的太阳光照射下,以双氰胺、三聚氰胺和尿素为前驱体改性后的g-C3N4的固氮解速率分别是未改性的g-C3N4的4.76、7.63和2.71倍。此外,研究发现反应溶液的氢离子的浓度也是影响反应速率的重要因素,在一定范围内,pH值越小反应固氮效率越高,并初步探讨光催化固氮的机理。图[50]表[12]参[140]