1. 前言
近年来，随着我国经济的迅速发展，对能源的需求日益增加。目前，人类仍主要依赖于化石燃料提供能源，化石燃料的过度使用已经造成严重的环境污染和能源短缺等问 题，寻求清洁的可再生能源迫在眉睫。氢气被认为是一种最理想的且极为优越的新合能 体能源，氢能燃烧所产生的能量非常高，除核燃料外，氢的发热值是目前所有燃料中最高的，其值是汽油的3倍，氢能本身无毒，燃烧的产物是无污染的水。氢的利用形式有气态、液态或固态金属氢化物，能适应各种应用环境的不同要求。通过太阳光驱动水分解的“人工光合作用”是实现太阳能转化生成清洁可再生氢能的理想方法，同时也是解决未来能源与环境危机的理想途径之一。作为聚合物半导体可见光光催化剂，g-C3N4因其具有独特的能带结构和优异的化学稳定性在 2009 年被引入到光催化领域。相较于其他窄带隙金属半导体光催化剂，其成本相对低廉，且在催化反应过程中无有毒物质释放，环境友好。g-C3N4常用于光催化分解水、光催化降解有机污染物，光催化防腐蚀等，而且化学组成和能带结构易调控，被认为是光催化领域，特别是光催化纳米材料研究领域，值得深入探究的研究方向之一。然而，g-C3N4在光催化反应中仍存在着比表面积较小、生光生载流子的激子结合能高、光生电子-空穴分离效率较低、量子产率较低等问题的困扰。体相g-C3N4 通常的禁带宽度在2.7eV左右，仅能吸收可见光中很少部分的短波长光。针对这些问题，对g-C3N4进行进一步改性修饰，能够有效改善体相材料比表面积小、光生载流子易复合等缺陷，优化光催化反应过程，提高光催化效率。
2.光催化技术简介
光化学和催化化学领域交叉之后就是现在存在的光催化技术研究的领域，半导体与金属相比，其能带是不连续的，其能带结构主要是由以下三部分组成：充满电子的价带，空的高能导带以及从导带到价带之间的禁带。如图 1-1 所示，半导体光催化过程主要包 括以下 4 个关键的步骤：光捕获（步骤 1）；载流子激发（步骤 2）；载流子分离和转移 （步骤 3，4，5）；表面反应（步骤 6，7）。步骤 1 很
大程度上地依赖于光催化剂的表面形态和结构，通过构建分级大孔、中孔结构进行掺杂修饰，通常可以显著改善光催化剂对光的吸收，因为其能通过多重反射和散射效应更有效地利用入射光。在步骤 2 中，半导体的电荷激发与半导体其独特的电子结构相关联。一般来说，具有高于或等于其禁带宽度能量的光照到半导体上，在价带的电子可以被激发到它的导带，并在价带中留下一个空穴。其次，在半导体的本体（步骤 4）和表面（步骤 5）中不利的电荷重组对于表面/界面活性部位的电荷分离和转移（步骤 3）是不利的，这是光催化量子效率决定性因素。通常，缩短光生载流子的扩散长度或构建界面电场可以有效地降低复合速率，从而显著提高光催化活性。最后，只有足够高能量且不会复合的电子和空穴迁移到半导体表面，随后可以被表面活性位点或助催化剂捕获，并进一步促进其发生氧化还原反应。
图 1-1 非均相半导体光催化催化基本原理
太阳所发散出来的光是极为宽阔的连续谱以及数以万计的吸收线和发射线。太阳光谱属于 G2V 光谱型，有效温度为 5770 K。在太阳电磁辐射的能量中，红外区、可见光区和紫外区占到了总能量的 99.9%。由图 1-2 可看出，在可见光部分（0.4～0.76 mu;m）集中了太阳辐射的主要能量，在红外线（gt;0.76 mu;m）和紫外线（lt;0.4 mu;m）的部分能量较少。99%以上的辐射能在波长为 0.15～4 mu;m 之间，且主要分布在可见光区和红、紫外区，可见光区约占太阳辐射总能量的 50%，红外区约占 43%，紫外区的太阳辐射能很少，约占总量的 7%。因此，在选择和设计半导体光催化剂的时候要考虑材料自身禁带宽度的影响。
图 1-2 太阳光谱图
以上是毕业论文开题文献，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
