【導(dǎo)讀】指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文。中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人。件和電子版，允許論文被查閱和借閱。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬字。機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，光部分，能量利用率低；其次光生電子空穴容易復(fù)合，量子產(chǎn)率低。文以g-C3N4光催化劑為研究對象。作用，是一種環(huán)境友好型光催化劑。但純g-C3N4光催化劑具有光量子效。有文獻(xiàn)報(bào)道NiS是一種非常好的助劑，本實(shí)驗(yàn)主要是探究NiS對。深入研究改性劑作用機(jī)制，明確改性g-C3N4的光催化機(jī)理，設(shè)計(jì)。出高性能的光催化體系。

　　

【正文】 量的溶液離心去除催化劑顆粒，總共反應(yīng) 3 小時(shí)，用 UV1700 表征亞甲基藍(lán)溶液的降解速率。 結(jié)果討論 如圖 所示，如上一實(shí)驗(yàn)相同 NiSgC3N4的 XRD 圖譜， gC3N4的 XRD 結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)卡片 (JCPDS 871526)相符合。在 176。有一明顯的衍射峰，對應(yīng)著 gC3N4樣品的 (0 0 2) 晶面。矮峰依然為硫化鎳，圖中 300℃與 450℃ 下所得樣品的其衍射峰值依然沒有明顯變化。如上一實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致，煅燒溫度對研磨法合成的 NiSgC3N4的結(jié)構(gòu)以及其晶體的結(jié)晶沒有明顯的影響。即煅燒溫度對研磨法合成 NiSgC3N4的光催化活性沒有太大影響 第 2章 合成方法及溫度對 NiSgC3N4光催化活性的影響 第 25 頁 25 10 20 30 40 502 ? (Deg ree)450 ℃ 300 ℃g C3N4Ni S 圖 300℃ 與 450℃ 煅燒所得 NiSgC3N4 樣品 XRD 譜圖 圖 也說明了上述的結(jié)論，圖中可看到經(jīng)過 300℃ 煅燒得到的NiSgC3N4樣品其降解率與 450℃ 煅燒所得樣品的降解率僅僅有著細(xì)微的變化。 400 500 600 700 800 900Wav el en gt h (n m) intensity(a.u.)0 h1 h2 h3 h(a)400 500 600 700 800 900Wav el en gt h (n m) intensity(a.u.)0 h1 h2 h3 h( b ) (a) 300℃ (b) 450℃ 圖 300℃ 與 450℃ 煅燒所得 NiSgC3N4 樣品對亞甲基藍(lán)的 降解譜圖 而二者的 SEM 圖顯示其微觀形貌并無差別，如圖 所示： 第 2章 合成方法及溫度對 NiSgC3N4光催化活性的影響 第 26 頁 26 （ a） 300℃ (b) 450℃ 圖 300℃ 與 450℃ 煅燒所得 NiSgC3N4 樣品 合成方法的改進(jìn)以及光催化活性的測試 由于上述的兩種合成方法，改變其煅燒溫度對其光催化活性都無顯著的變化，并且兩種合成方法的降解率相差不大，也無明顯的差距。為了改善其光催化活性，我們需要改進(jìn)上述的兩種合成方法。使其合成出的 NiSgC3N4的光催化活性優(yōu)于前兩種。由于煅燒溫度對于合成方法并無影響，所以后續(xù)實(shí)驗(yàn)中我們將不在考慮改變煅燒溫度來提高其光催化活性。在此我們提出了一種新的合成方法。 合成方法的改進(jìn) 如圖 中所示，我們先合成硫化鎳，再將硫化鎳加入合成 gC3N4的原料三聚氰胺中。 圖 改進(jìn)的合成 NiSgC3N4 的技術(shù)路線 (a) (b) (a) 第 2章 合成方法及溫度對 NiSgC3N4光催化活性的影響 第 27 頁 27 本實(shí)驗(yàn)先用硫脲、乙二醇和硝酸鎳三種物質(zhì)混合后轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，放置在 180℃ 的烘箱中保溫 24 小時(shí)，關(guān)閉烘箱自然冷卻到室溫，打開反應(yīng)釜將得到的產(chǎn)物經(jīng)過兩次去離子水、一次乙醇超聲洗滌、離心。然后，放置于 60℃ 的烘箱中烘干，烘干后收集產(chǎn)品并研磨成粉體，將該粉末添加于用來合成 gC3N4的原料三聚氰胺中。即添加至 5g 三聚氰胺樣品中，然后放入氧化鋁坩鍋中，以 10℃ min1的速率加熱到 520℃ ，并在此溫度下保溫 4 個(gè)小時(shí)。等坩堝冷卻到室溫，收集產(chǎn)品并研磨成粉體得到最終 的產(chǎn)品 樣品的表征 XRD 測試得到 NiSgC3N4復(fù)合樣品的晶體結(jié)構(gòu)。 CuKa 作為發(fā)射源，掃描速率為 4176。min1，加速電壓和工作電流分別為 40kV 和 40mA。場發(fā)射的掃描電鏡 (FESEM，加速電壓 10KV)研究樣品的形貌。 樣品的光催化活性測試 使用摻雜 %硫化鎳 NiSgC3N4與純 gC3N4降解亞甲基藍(lán)做對比實(shí)驗(yàn)，使用光源為功率為 250W 的自鎮(zhèn)流汞燈，光催化實(shí)驗(yàn)時(shí)，將在這兩種樣品稱取 100ml 濃度為 10mgL1的亞甲基藍(lán)中。照射前，溶液在暗處攪拌 30min，使其達(dá)到吸附平衡。每隔半個(gè)小時(shí)，吸取一定量的溶液離心去除催化劑顆粒，用 UV1700 表征亞甲基藍(lán)溶液的降解速率。 結(jié)果與討論 如圖 所示為 %硫化鎳 NiSgC3N4與純 gC3N4的 XRD 譜圖，gC3N4的 XRD 結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)卡片 (JCPDS 871526)相符合。在 176。有一明顯的衍射峰，對應(yīng)著 gC3N4樣品的 (0 0 2) 晶面。在復(fù)合樣品中，沒有觀測到其他明顯的衍射峰，說明負(fù)載硫化鎳后，并沒有改變樣品的晶體結(jié)構(gòu)。少量的硫化鎳高度分散在樣品中，使得 XRD 譜圖中沒有檢測到 S第 2章 合成方法及溫度對 NiSgC3N4光催化活性的影響 第 28 頁 28 與 Ni 元素的存在。通過 SEM 研究 NiSgC3N4樣品的形貌和微觀結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn) %硫化鎳的 NiSgC3N4與純的 gC3N4有著相似的形貌，如圖 中所示。 10 20 30 40 50 A % 0 圖 %硫化鎳 NiSgC3N4 與純 gC3N4 的 XRD 譜圖 （ a） % （ b）純 gC3N4 圖 %硫化鎳的 NiSgC3N4 與純 gC3N4SEM 譜圖 向 100ml 亞甲基藍(lán)中分別加入 的純 gC3N4和 的NiSgC3N4，通過磁力攪拌器攪拌均勻后置于避光處，待其各自吸附平衡后，用功率為 250W 的自鎮(zhèn)流汞燈作為光源，對其進(jìn)行關(guān)照，讓其發(fā)(a) (b) 第 2章 合成方法及溫度對 NiSgC3N4光催化活性的影響 第 29 頁 29 生光催化反應(yīng)，從開始光照時(shí)記為 0h，然后每隔半小時(shí)，取一定量的溶液放于離心機(jī)中轉(zhuǎn)速為 6000r/min 離心 5 分鐘后取其中部液體，總共反應(yīng)3 小時(shí)，用 UV1700 紫外可見分光光度計(jì)研究其光降解性能。測得兩種樣品降解 MB 譜圖，如圖 所示： 400 500 600 700 800 900Wav el en gt h (n m) intensity(a.u.)0 h1 h2 h3 h(a)400 500 600 700 800 900Wav el en gt h (n m) intensity(a.u.)0 h1 h2 h3 h(b) （ a） gC3N4 （ b） %硫化鎳 NiSgC3N4 圖 %硫化鎳 NiSgC3N4 與純 gC3N4 對亞甲基藍(lán)的 降解譜圖 明顯的看到降解率由 %提高到了 %，降解率有了顯著的提高，說明改進(jìn)的合成方法起到了提高光催化活性的作用，因此，后續(xù)的實(shí)驗(yàn)都采用這種合成方式。 第 3章 改變摻雜量對 NiSgC3N4光催化活性的影響 第 30頁 30 第 3章 改變摻雜量對 NiSgC3N4 光催化活性的影響 樣品的表征 使用 XRD 對不同摻雜量的 NiSgC3N4復(fù)合樣品進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)的測試。 CuKa 作為發(fā)射源，掃描速率為 4176。min1，加速電壓和工作電流分別為 40kV 和 40mA。場發(fā)射的掃描電鏡 (FESEM，加速電壓 10KV)研究不同摻雜量樣品的形貌。 不同摻雜量的 NiSgC3N4的光催化性能的對比 本實(shí)驗(yàn)先用硫脲、乙二醇和硝酸鎳三種物質(zhì)混合后轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，放置在 180℃ 的烘箱中保溫 24 小時(shí)，關(guān)閉烘箱自然冷卻到室溫，打開反應(yīng)釜將得到的產(chǎn)物經(jīng)過兩次去離子水、一次乙醇超聲洗滌、離心。然后，放置于 60℃ 的烘箱中烘干，烘干后收集產(chǎn)品并研磨成粉體，將該粉末添加于用來合成 gC3N4的原料三聚氰胺中。即添加至 5g 三聚氰胺樣品中，然后放入氧化鋁坩鍋中，以 10℃ min1的速率加熱到 520℃ ，并在此溫度下保溫 4 個(gè)小時(shí)后得到了摻雜量分別為 0、 、 、 、 、 wt%的 NiSgC3N4光催化劑，這六種不同摻雜量的 NiSgC3N4 光催化劑分別在功率為 250W 的自鎮(zhèn)流汞燈的照射下，進(jìn)行光催化降解反應(yīng)。從開始光照時(shí)記為 0h，然后每隔半小時(shí)，取一定量的溶液放于離心機(jī)中轉(zhuǎn)速為 6000r/min 離心 5 分鐘后取其中部液體，總共反應(yīng) 3 小時(shí)，用UV1700 紫外可見分光光度計(jì)研究其光降解性能。 結(jié)果與討論 通過 XRD 測試這六種摻雜量的 NiSgC3N4光催化劑的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)最開始時(shí)，由于硫化鎳的含量較低并且高度分散于樣品中，所以只在 第 3章 改變摻雜量對 NiSgC3N4光催化活性的影響 第 31頁 31 176。有一明顯的衍射峰，對應(yīng)著 gC3N4樣品的 (0 0 2) 晶面。而隨著硫化鎳摻雜量的增加，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)矮峰出現(xiàn)，并且隨著硫化鎳含量的增加，176。衍射峰強(qiáng)度整體呈下降趨勢如圖 所示： 10 20 30 40 50 2 ? (Deg ree)0%%(a)10 20 30 40 502 ? (Deg ree) 1%%2%( b ) （ a） 0、 、 % （ b） 、 、 wt% 圖 六種摻雜量的 NiSgC3N4 光催化劑 XRD 譜圖 圖 所示為這六種摻雜量的 NiSgC3N4光催化劑的 SEM 圖，我們可以看出樣品呈現(xiàn)聚集狀態(tài)，包含許多小晶體。引入硫化鎳后， NiSgC3N4復(fù)合樣品顯示出和純 gC3N4樣品相似的晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌。 (a) (b) 第 3章 改變摻雜量對 NiSgC3N4光催化活性的影響 第 32頁 32 （ a） 0 wt%NiSgC3N4（ b） wt% NiSgC3N4（ c） % NiSgC3N4 (d) wt% NiSgC3N4 (e) wt% NiSgC3N4(f) wt% NiSgC3N4 圖 所制備樣品的 SEM 譜圖 光催化活性測試 NiSgC3N4光催化降解亞甲基藍(lán)的實(shí)驗(yàn)，其降解率由表可知在其中摻雜量為 %的 NiSgC3N4樣品具有最高的活性，其降解率為 %，比純的 gC3N4樣品的降解率提高了大約 60%如圖 所示： (c) (d) (e) (f) 第 3章 改變摻雜量對 NiSgC3N4光催化活性的影響 第 33頁 33 1 2 3 4 5 6 降解率16號樣品 48 23 52 65 48 22 1)0 wt%NiSgC3N42） wt% NiSgC3N4 3） % NiSgC3N4 4) wt% NiSgC3N45) wt% NiSgC3N46) wt% NiSgC3N4 圖 可見光照射下 NiSgC3N4 催化劑對亞甲基藍(lán)的降解 如圖 所示其為純 gC3N4與摻雜 %的 NiSgC3N4對亞甲基藍(lán)的降解譜圖。 400 500 600 700 800 900 0h 1h 3h Wavele ngth (nm)(a)400 500 600 700 800 Wavele ngth (nm) 0h 1h 2h 3h(b) （ a）純 gC3N4 （ b）摻雜 %的 NiSgC3N4 圖 可見光照射下純 gC3N4 與摻雜 %的 NiSgC3N4 對亞甲基藍(lán)的降解 第 3章 改變摻雜量對 NiSgC3N4光催化活性的影響 第 34頁 34 機(jī)理研究 在可見光下， NiSgC3N4顯示了良好降解亞甲基藍(lán)有機(jī)污染物性能?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果，我們提出了 NiSgC3N4催化降解亞甲基藍(lán)溶液的機(jī)理。這個(gè)機(jī)理對新復(fù)合材料的合成有促進(jìn)作用。 為了提高光生載流子的分離和促進(jìn)電荷利用效率，我們使用了不同能帶位置的兩種光催化劑。 gC3N4在可見光的照射下有光解水和降解有機(jī)物的能力。 NiS 復(fù)合到 gC3N4表面后，這兩種不同位置的半導(dǎo)體緊密的結(jié)合在一起，形成了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)聚合物 gC3N4的導(dǎo)帶和價(jià)帶電勢為別為 和 +， NiS 導(dǎo)帶和價(jià)帶的電 勢分別為 + 和 +。gC3N4導(dǎo)帶的位置比 NiS 導(dǎo)帶的位置負(fù)。不同的導(dǎo)帶位置使得電子從gC3N4轉(zhuǎn)移到了 NiS。當(dāng)整個(gè)體系在可見光的照射下，電子從 gC3N4價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，留空穴在價(jià)帶。在內(nèi)電場的作用下， gC3N4激發(fā)的電子注入到 NiS 導(dǎo)帶。電子空穴對有效分離。如圖 所示： 圖 gC3N4 和 NiS 的能帶位置以及光生電子和空穴對的轉(zhuǎn)移