MnOx负载g-C3N4复合材料的制备及光催化分解水产氢性能的研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着能源的紧缺以及环境的污染现象不断加剧，光催化分解水产氢成为了人们的研究热点。自从fujishima 和 honda 首次报道利用 tio₂半导体电极光催化可使 h₂o分解成 h₂和 o₂后，大量的光催化剂开始被人们研究，例如zno，cds，zns等。然而，这些光催化剂均存在各种各样的问题，例如对可见光的利用率低（例如tio₂），光生电子和空穴复合速率快，对环境造成污染（例如cds）。这些缺陷大大的阻碍了这些催化剂的催化效率以及在光催化产氢中的应用。

近期，王星晨等人报道了一种新型的高分子n型半导体材料，即具有二维层状结构的石墨相氮化碳（g-c₃n₄）。g-c₃n₄的禁带宽度大约为 2.7 ev ，具有良好的可见光吸收性能。其价带位置在（1.9 ev vs. rhe）导带位置在 (0.8 ev vs. rhe) ，因此g-c₃n₄具有足够的过电势用于产氢和产氧。氮化碳作为一种新型可见光响应的非金属光催化剂, 具有密度低、化学稳定性高、生物兼容性好、耐磨性强等优点, 在高性能耐磨涂层、膜材料、催化剂及催化剂载体、金属氮化物的制备等领域具有广阔的应用前景, 长期以来受到人们的广泛关注。

自从1830年berzelius 和 liebig合成出氮化碳高分子衍生物“melon”以来, 科学家们围绕氮化碳化合物的合成、表征、理论计算和应用开展了大量的研究工作。c₃n₄具有5种结构, 即α相、β相、c相(立方相)、p相(准立方)和g相(石墨相)。 在这些同素异形体中, 前四种都是超硬材料, 具有比金刚石更高的化学惰性和热稳定性, 而g-c₃n₄则是软质相, 在常温常压下最稳定，具有半导体特性。此外，与传统的金属催化剂相比，石墨型氮化碳具有稳定性高、耐酸碱和便于改性等优点。但是由于g-c₃n₄本身存在比表面积小、对可见光响应范围窄、光生电子-空穴对快速复合、光量子效率低等缺陷，所以其光催化效率很低。

2. 研究的基本内容与方案

2．1研究目标：

拟分别通过煅烧的方法制备不同mnox含量的mnox/g-c₃n₄复合光催化材料，并研究其对g-c₃n₄光催化分级恶水产氢性能的影响。

2. 2基本内容：

3. 研究计划与安排

所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－6周：按照设计方案，制备不同mnox负载的g-c₃n₄复合光催化材料。

第7－11周：采用xrd、bet、sem、tem、uv-vis、xps等测试技术对复合材料的物相、显微结构、光催化分解水产氢性能进行测试。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] j. r. ran, j. zhang, j. g. yu, m. jaroniec, s. z. qiao, chem. soc. rev. 2014,43,7787.

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[3] h. l. wang, l. s. zhang, z. g. chen, j. q. hu, s. j. li, z. h. wang, j. s. liu, x. c. wang, chem. soc. rev. 2014, 43, 5234.