熔盐体系聚合物对g-C3N4光催化剂的形貌调控与复合改性研究

Graphic carbon nitride (g-C3N4)，as a metal-free visible-light photocatalyst, has become a hot research topic, because of its proper band structure, good high chemical stability and thermal stability. Nevertheless, the morphology of g-C3N4 is difficult to control due to its layer structure. The efficiency of bulk g-C3N4 is still limited resulting from its low surface area and high recombination rate of photogenerated charge carriers. Hence, increasing surface areas and improving charge carrier separation efficiency are the key points to enhance the photocatalytic performance of g-C3N4. This project is to use melamine as raw material, high-molecular linear polymers as mediators, and use molten salts to create fluid environment to prepare morphology-controlled polymer modified g-C3N4 photocatalyst. This project will systematic study the effect of types of polymer, types and proportion of molten salts on the morphological control of g-C3N4, which will illustrate the mechanism for morphology control and modification on g-C3N4 by polymers in molten salt system, revealing the influence and mechanism of g-C3N4 morphology on surface area, the charge carrier separation efficiency and its photocatalytic performance. The implementation of this project will provide reliable theoretical basis for the controllable preparation based on polymer modified g-C3N4.

石墨相氮化碳(g-C3N4)，作为一种不含金属组分的可见光催化材料，因其合适的能带结构及优异的化学和热稳定性，成为研究热点。然而，由于g-C3N4本身层状结构的特点使其形貌难以调控。块体g-C3N4由于比表面积小、载流子复合率高等导致其光催化性能较低。因此，增大比表面积和提高载流子分离效率成为提高g-C3N4光催化性能的研究重点。本项目拟以三聚氰胺为原料，以高分子链状聚合物为调控剂，通过熔盐创造流体环境，制备形貌可控的聚合物改性的g-C3N4光催化剂。本项目将系统研究高分子聚合物种类、熔盐种类与配比等对g-C3N4形貌调控的影响规律，阐明聚合物在熔盐体系对g-C3N4形貌调控及改性机理，揭示g-C3N4的形貌对比表面积、载流子分离效率及其光催化性能的影响及作用机制。本项目的实施为基于聚合物改性g-C3N4的可控制备提供可靠的理论依据。

石墨相氮化碳(g-C3N4)，作为一种不含金属的聚合物光催化剂，因其合适的能带结构及优异的化学和热稳定性，成为研究热点。然而，由于g-C3N4自身层状结构的特点使其形貌难以调控。直接热缩合前驱体容易得到块体g-C3N4，使得g-C3N4比表面积小、载流子复合率高等导致其光催化性能较低。因此，增大比表面积和提高载流子分离效率成为提高g-C3N4光催化性能的研究重点。本项目通过熔盐创造流体环境，引入聚合物进行调控，使聚合物与前驱体在流体环境中充分接触，扩散均匀，调控了g-C3N4 的缩合过程。.本项目首先研究了熔盐体系不同反应条件包括熔盐配比、反应温度与保温时间等对g-C3N4形貌的影响。研究发现不同反应条件下均能得到一维空心立方管状结构，主要是因为熔盐作为绿色溶剂大量存在，其自身的立方纳米晶结构可作为模板促进形成一维立方管状结构。接着研究了不同类型聚合物如有机聚合物聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚丙烯腈（PAN）及无机聚合物多聚磷酸钠（SPP）在熔盐体系中对g-C3N4的调控影响，重点研究了聚合物对g-C3N4的形貌及、比表面积、载流子分离效率以及光催化性能的影响。研究发现少量易溶的聚合物（如PVP、SPP）对熔盐流体的粘度影响较大，有利于促进更加缩合的七嗪基氮化碳的形成，从而构建三嗪/七嗪基氮化碳同质结，促进载流子的分离与传输。另外，聚丙烯腈由于在高温下容易碳化成具有大的共轭网状结构的碳，可以作为载流子的传输通道，促进电荷分离与传输。.通过聚合物在熔盐体系的调控与改性，获得了具有一维立方管状结构的高载流子分离效率的高效稳定的可见光催化制氢材料。该项目的实施为基于聚合物改性g-C3N4的可控制备提供了可靠的理论依据。