編號(hào)：CPJS06932
篇名：硫摻雜石墨相氮化碳的光催化固氮性能中氮空穴對(duì)氮?dú)夥肿踊罨奶嵘饔?/p>
作者：李政 顧貴洲 胡紹爭(zhēng) 鄒熊 武光
關(guān)鍵詞： 石墨相氮化碳 氮?dú)夤夤潭?共摻雜 光催化作用 等離子體處理
機(jī)構(gòu)： 遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部 黑龍江大學(xué)化學(xué)化工與材料學(xué)院 大連理工大學(xué)化工學(xué)院
摘要： 地球上的氮元素十分豐富并主要以氮?dú)庑问酱嬖?然而,由于氮的化學(xué)及生物惰性,大多數(shù)生物體不能直接吸收氮.因此,人工固氮過(guò)程被稱為繼光合作用之后的第二大化學(xué)反應(yīng).目前工業(yè)上常用的固氮技術(shù)為Haber-Bosch法,該方法能耗高且使用的原料氫氣十分危險(xiǎn).因此,尋找更加節(jié)能、綠色、安全的固氮技術(shù)迫在眉睫.石墨相氮化碳作為一種非金屬半導(dǎo)體光催化劑近年來(lái)受到研究者青睞.氮化碳化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,能帶寬度適中,且耐酸堿腐蝕.然而,氮化碳的反應(yīng)活性位較少,量子效率較低,而且由于光能的能量密度較低,反應(yīng)物N2分子難以活化,因此光催化固氮性能并不理想.有研究報(bào)道稱晶格缺陷能作為反應(yīng)活性位活化氮?dú)夥肿?提高光催化固氮性能.本文采用介質(zhì)阻擋放電等離子體法制備了硫和氮空穴共摻雜的石墨相氮化碳催化劑,考察了硫的引入對(duì)催化劑光催化固氮性能的影響. XRD, UV-Vis和氮?dú)馕浇Y(jié)果表明,摻雜未改變催化劑的比表面積,但使得氮化碳催化劑晶格發(fā)生了細(xì)微扭曲,且改變了催化劑的電子結(jié)構(gòu),降低了能帶寬度.通過(guò)XPS結(jié)果推測(cè)了硫元素與氮空穴的相對(duì)位置,并確定硫元素取代了氮元素,以S–C鍵的形式摻入到催化劑晶格中.采用N2-TPD法分析了催化劑對(duì)氮?dú)夥肿拥奈侥芰?發(fā)現(xiàn)氮空穴是氮?dú)夥肿拥幕瘜W(xué)吸附位.硫的引入能促進(jìn)氮空穴對(duì)氮?dú)夥肿拥奈脚c活化能力. PL光譜結(jié)果證實(shí)硫和氮空穴摻雜均對(duì)電子空穴對(duì)的分離有促進(jìn)作用.不同氣氛下的PL光譜結(jié)果表明,光電子能通過(guò)氮空穴從催化劑轉(zhuǎn)移至吸附的氮?dú)夥肿由? DFT計(jì)算結(jié)果顯示,氮?dú)夥肿游皆诘昭ㄉ?吸附后的N≡N鍵長(zhǎng)為1.331 A,小于非吸附狀態(tài)的N≡N鍵長(zhǎng)(1.157 A).而引入硫以后,氮?dú)夥肿油瑯游皆诘昭ㄉ?N≡N鍵長(zhǎng)進(jìn)一步增大到1.415 A,且氮?dú)夥肿拥奈侥芤诧@著降低.這些結(jié)果都說(shuō)明硫的引入提高了�
