《二維g-C3N4基納米異質結的構建及光催化還原CO2性能研究》是依託西北大學，由樊君擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：二維g-C3N4基納米異質結的構建及光催化還原CO2性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：樊君
- 依託單位：西北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對石墨相氮化碳光催化還原CO2反應過程可見光利用率低和量子效率低的問題，提出將二維g-C3N4納米片與層狀金屬硫化物複合製備二維納米異質結，再和納米金屬耦合,形成表面電漿增強的二維納米異質結光催化劑，實現g-C3N4高效光催化還原CO2的研究思路。旨在設計合成一系列納米金屬耦合的硫化物/g-C3N4二維納米異質結催化劑，重點探索單層g-C3N4納米片、硫化物納米片及納米金屬的可控制備與複合，實現對複合材料二維形貌、元素組成、光學性能的調控；藉助時間分辨光譜和理論計算等手段，弄清納米金屬-硫化物/g-C3N4二維納米異質結的光電耦合機制，研究光催化反應機理，獲得控制光催化過程的新策略和新方法，有效地解決光催化還原CO2效率低的難題；建立巨觀動力學模型，從二維納米異質結光催化微觀尺度到巨觀反應器研究，取得重要進展。本項目研究結果對二維納米光催化材料的基礎研究和技術套用具有重要意義。
結題摘要
項目針對石墨相氮化碳光催化反應過程可見光利用率低和量子效率低的問題，將二維g-C3N4納米片與層狀硫化物複合後再耦合納米金屬獲得金屬-半導體/g-C3N4基二維納米異質結光催化劑，實現了太陽光高效光催化還原CO2和光解水制氫的研究目標。最佳化建立了基於高溫煅燒法、液相剝離法、原位水熱法和微波輔助化學還原法的納米金屬-層狀硫化物/g-C3N4二維納米異質結的普適性複合途徑，重點圍繞MoS2/g-C3N4、Bi2MoO6/g-C3N4、WS2/Ag/g-C3N4等二維納米異質結的構建、晶型結構、元素組成、光學及光電特性、光解水制氫性能及反應機理等開展了系列研究。主要成果如下：（1）以三聚氰胺為前驅體，高溫煅燒後在酸中剝離獲得單層g-C3N4；（2）實現了MoS2、WS2、Bi2MoO6等二維納米片在g-C3N4表面的原位生長以及Au、Ag納米顆粒有效分散於半導體異質結上，促進了可見光高效捕獲和光生載流子的有效分離，從而提高g-C3N4納米片的光催化性能；（3）提出了半導體-半導體異質結、表面金屬-半導體肖特基結和金屬表面電漿效應協同光催化增強機制；（4）探索得到過渡金屬磷化物、氧化物/g-C3N4高效光催化體系，Ni2P/g-C3N4、NiCoP/g-C3N4、NiCo2O4/g-C3N4實現了高效光解水制氫。項目的開展有效增強了g-C3N4光催化活性，提高了光能利用效率，對推動構建二維異質結複合光催化技術在能源與環境領域的基礎研究和技術套用有重要意義。
