中文版12月实验总结.ppt

可见光催化材料的开发 Au CeO2 g C3N4制备与光催化性能研究 Part1 Au CeO2 g C3N4制备 一热解法制备g C3N4二Au g C3N4的制备三nano CeO2的制备四Au CeO2 g C3N4的制备 一热解法制备g C3N4 1 1Background 应用于光解水制氢光降解有机染料光催化有机反应气体存储和药物输送 光照下产生的电子和空穴可引起还原和氧化反应 且碳氮三维共价网格结构上电荷易转移 Eg2 7ev 可见光有吸收化学和热稳定性无毒及来源丰富制备工艺简单 一热解法制备g C3N4 1 2Preparation 550 390 制备过程 30g三聚氰胺加入100mL方形坩埚中 1h从室温程序升温到550 保温4h 反应结束后 将淡黄色的块状多孔材料在研钵中研磨成粉体 装瓶待用 中间产物 原料 最终产物 一热解法制备g C3N4 1 2Characterization a b Fig 1Characterizationofg C3N4 a XRD b SEM XRD 100 13 1 是melon类物质的特征峰 对应3 s 三嗪结构的氮孔间距为d 0 675nm 002 27 55 是芳香物的层间堆积特征峰 对应的层间距d 0 324nm 说明产物具有类似石墨的层间结构 SEM 可以看出为层间片层堆积 结合XRD说明所制备物质为g C3N4 一热解法制备g C3N4 1 2Characterization dR dw Fig 2TheSpectrumofg C3N4 a UV vis b Absorbancevariationwithwavelength a b 由上图可以得出制备的g C3N4吸收率对应的最大波长为441nm 对应的能带宽度bandgap为2 81ev 说明在可见光区有吸收 一热解法制备g C3N4 1 2Characterization Fig 3FT IRspectrag C3N4 1200 1700cm 1对应着CN杂环化合物的结构特征峰 1722cm 1处较强的峰可以证明g C3N4晶体的结晶度较好 820cm 1处出现了三嗪结构特征峰 3200cm 1范围内的宽波段为N H的伸缩振动吸收峰 同时也说明通过直接加热三聚氰胺 得到的产物为不完全缩聚 层状结构的边缘存在未缩聚的氨基 残留的氢原子以C NH2和2C NH的形式存在 说明合成的物质的结构更接近melon的结构 二Au g C3N4的制备 2 1Background纯g C3N4的能带约2 7eV 起主要作用的仅仅是所吸收超过450nm的蓝光 且由于光生电子和空穴易结合导致量子效率非常低 约0 1 420 460nm光照下 这些对于其潜在应用不利 鉴于此 为了提高g C3N4的光催化活性及选择性 改善表面性能需要对其进行改性 改性的主要方法 1 通过无机元素 N S P B F等 掺杂影响g C3N4的电子结构及带宽 2 通过金属单质 Pt Pd Au Ag Ru等 或金属氧化物负载改善光生电子传输能力 促进光生电子和空穴的有效分离 达到提高光催化效率的目的 3 通过质子化 机械化处理等物理化学手段提高g C3N4的表面电势及比表面积以期改善其光催化效率 二Au g C3N4的制备 2 1Preparation实验一 沉积 沉淀法 Deposition Precipitation DP 取三个100ml平底烧瓶 加入100mL去离子水 分别称取g C3N40 6g CO NH2 20 1830g HAuCl4 4H2O 0 5wt Au0 00628g 1 0wt Au0 01255g 2 0wt Au0 0251g 放入磁子 锡纸包裹 80 下磁力搅拌4h 搅拌结束后冷却 静置老化2h 离心洗涤 待上层清夜离子强度小于10后 过滤 70 干燥24h 实验二 原位还原法 SiteReduction SR 取100ml平底烧瓶加入g C3N40 6g PVP0 1200g HAuCl4 4H2O 1 0wt Au0 01255g 柠檬酸钠0 2206g 75 下磁力搅拌2h 离心 洗涤 过滤 干燥 二Au g C3N4的制备 2 2Characterization a b Fig 4TheXRDpatternsofAu g C3N4withoutroasting a DPmethod b SRmethod 由XRD图可以看出沉积沉淀法制备的金是以Au OH xCl 4 x 0 x 4 非晶形态存在 而原位还原法制备的金是以结晶态Au单质形式存在 二Au g C3N4的制备 2 2Characterization a b Fig 5FT IRspectraofAu g C3N4 a DP 不同Au含量 b 1 0wt Au 不同制备方法备注 ST Solvothermal DP Deposition Precipitation SR SituReduction 与纯的g C3N4红外对比可以得出 不同Au含量不同负载方法制备的Au g C3N4没有出现新的官能团特征吸收峰 说明Au主要是以物理掺杂的形式存在于g C3N4中 二Au g C3N4的制备 2 2Characterization Fig 6TheUV visSpectrumofAu g C3N4 a differentAuloadedcontentwithoutroasting b SRmethod Redshift 由上述紫外 可见光谱图可以得出 沉积 沉淀法制备的Au g C3N4未经煅烧前随着金含量的升高 初始吸收峰出现红移 但是最大吸收峰并未有明显改变 主要是因为其中的金仍然是以化合物的形式存在 而原位还原法未经煅烧即出现Au单质的特征吸收峰 a b SPRofAuNPs 二Au g C3N4的制备 2 2Characterization Fig 7TheSpectrumof1 0wt Au g C3N4afterroasting a XRD b UV vis a b 由XRD图可以看出随着温度升高 Au单质结晶性越好 结合UV vis曲线可以得出DP法制备的最佳煅烧温度为550 产物里面的金离子被充分还原金粒子 SPR指的是表面等离子共振 SPRofAuNPs 三nano CeO2的制备 3 1Background铈具有4f电子层轨道导致其表现出特殊的光电磁效应 使其成为基础研究和应用领域的热点 由于立方萤石氧化铈具有优异的氧存储能力 OSC 使其具有氧化还原行为 十分适合作为一系列化学反应的催化剂和助催化剂 同时醇水混合溶剂热作为一种控制产物形貌和尺寸的有效方法 非常适用于单分散纳米氧化铈的制备 其合成机理如下 HighTandP 三nano CeO2的制备 3 2Preparation Table1 reactionmatching 将上述原料加入装有聚四氟乙烯反应内衬中 填充率80 的不锈钢高压釜中 置于烘箱中160 下反应18h 反应结束后冷却至室温 离心 洗涤 干燥得产物 三nano CeO2的制备 3 3Characterization Fig 8SEMofCeO2withdifferentsolventratiosandPH a EtOH H2O 7 33 PH4 b EtOH H2O 10 30 PH4 c EtOH H2O 17 23 PH4 d EtOH H2O 10 30 PH13 a b c d 在反应温度和反应时间保持恒定的条件下 CeO2的形貌对醇水比的变化比较敏感 在醇水比为17 23时生成了形貌规整的粒径约为150nm的八面体型CeO2 而其尺寸对溶液PH表现出依赖性 随着PH增大 CeO2粒径减小 三nano CeO2的制备 3 3Characterization a b Fig 9TheXRDpatternsofCeO2 a differentethanol waterratios b differentPH 由XRD图可以得出混合溶剂热法制备的CeO2没有杂峰 衍射峰比较尖锐 说明为纯相的立方萤石晶体结构 a 5 4112 JCPDS43 1002 由图 b 可以看出随着溶剂热PH的增大 衍射峰半峰宽明显变宽 说明所得产物晶粒的粒径减小 这与SEM得出的结论是一致的 三nano CeO2的制备 3 3Characterization Fig 10TheUV visSpectrumofCeO2 三nano CeO2的制备 3 3Characterization Fig 11FT IRspectraofCeO2 a differentethanol waterratios b differentPH a b 3600cm 1 O H 的特征吸收峰 说明样品吸收了空气中的水 2950cm 1 CH3 1680cm 1 CH2 1080cm 1 C O 660cm 1 Ce O C 说明溶剂热条件下形成了CH3CH2O CeO2 450cm 1 Ce O 结合XRD表征说明合成的产物为CeO2 另外醇水比为10 30时7 10出现强的吸收峰 为典型的 CH2 n n 3 同时出现1765cm 1 C O 说明该样品中含有未洗净的PVP 四Au CeO2 g C3N4的制备 4 1Background g C3N4 VB CB Visiblelightirradiation Au CeO2 h h h h h h e e e e e e CO2 H2O CH3OH e H2O H2 Fig12 SchematicofphotogeneratedchargetransferintheAu CeO2 g C3N4systemundervisiblelightirradiation CeO2容易被活化 在其晶格缺陷处发生还原反应 同时Au纳米颗粒作为很好的电子传递体 在可见光光催化反应中起着重要作用 所以CeO2和Au是具有协同效应的助催化剂 h H2O O2 四Au CeO2 g C3N4的制备 4 2Preparation 按照上面四组的配方分别用溶剂热法和沉积 沉淀法进行实验 溶剂热反应条件为160 18h 沉积沉淀法反应条件为70 4h 磁力搅拌 反应结束后进行离心洗涤干燥相关后处理得产物 Table3 reactionmatching 四Au CeO2 g C3N4的制备 4 3Characterization Fig 13TheXRDpatternsof1 0wt Au 10 0wt CeO2 g C3N4 a SolvothermalMethod b Deposition PrecipitationMethod sampleswithoutroasting a b 由上面XRD图可以得出 溶剂热法出现了Au单质和CeO2的特征峰说明成功的制备了Au CeO2 g C3N4 沉积沉淀法制备的金以Au单质和Au OH 3形式存在 并未出现CeO2的结晶峰 需经过煅烧后处理以制备Au CeO2 g C3N4 四Au CeO2 g C3N4的制备 4 3Characterization Fig 14FT IRspectraofAu CeO2 g C3N4fabricatedbydifferentmethods ST SolvothermalMethod DP Deposition PrecipitationMethod 溶剂热法在450cm 1出现 Ce O 特征吸收峰 而沉积沉淀法在未经煅烧前并未出现CeO2的特征吸收峰 这与XRD的结果是一致的 四Au CeO2 g C3N4的制备 4 3Characterization Fig 15TheUV visSpectrumof1 0wt Auand10 0wt CeO2loadedong C3N4 a Solvothermalmethod b Deposition Precipitationmethod a b 溶剂热法出现了Au单质和CeO2的特征吸收峰 沉积 沉淀法在未经煅烧之前未出现Au单质和CeO2的特征吸收峰 四Au CeO2 g C3N4的制备 Fig 16SEMofg C3N4treatedwithUreabySolvothermalmethod SurfacemorphologyChanged PerformanceImprove