【摘 要】
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石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种二维半导体光催化材料,因其组成元素丰富、制备工艺简单、禁带宽度适中（2.7 e V）、具有良好的热力学和化学稳定性等优点而备受关注,尤其在光催化水解析氢方向有着巨大的潜力,可以满足当下社会对清洁再生能源的迫切需求。然而,层层堆叠的片状结构限制了g-C3N4比表面积（SSA）的大小,于可见光的吸收而言偏大的禁带宽度也阻碍了其对可见光的高效利用,导致g-C3N4光催
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石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种二维半导体光催化材料,因其组成元素丰富、制备工艺简单、禁带宽度适中（2.7 e V）、具有良好的热力学和化学稳定性等优点而备受关注,尤其在光催化水解析氢方向有着巨大的潜力,可以满足当下社会对清洁再生能源的迫切需求。然而,层层堆叠的片状结构限制了g-C3N4比表面积（SSA）的大小,于可见光的吸收而言偏大的禁带宽度也阻碍了其对可见光的高效利用,导致g-C3N4光催化性能表现不佳。因此催生出大量致力于改善其电子结构和形貌的改性策略。基于此,本文采用直接作用于g-C3N4结构的掺杂改性方式对泡沫状g-C3N4进行改性处理,旨在通过对形貌和能带结构结构进行调控来提高其光催化性能。本文首先通过预实验挑选出光催化效果最佳的元素钨,随后以泡沫状g-C3N4为研究主体,采用原料直接研磨煅烧的方法成功制备了不同掺量的钨掺杂泡沫状g-C3N4。掺杂样品表现出显著优于纯相泡沫状g-C3N4的光催化性能,其中水解析氢的平均速率可达到纯相样品的18倍。并且其最佳析氢速率高达8818μmol·g-1·h-1,优于目前大部分光催化剂。此外掺杂样品的催化性能随掺量增大而变化的趋势则遵循先增强后减弱的规律,且最佳掺量为0.7 wt%。通过对掺杂样品进行XRD图谱、Raman光谱、EDS能谱、XPS能谱等测试证明了钨以形成W-C键的方式进入到g-C3N4的结构当中,二者之间可能存在载流子转移,并且在不破坏g-C3N4结构的前提下钨元素的掺量应控制在1 wt%以内。掺杂样品表面出现的大量孔隙所带来的SSA增大则为光催化性能提升的主要原因。此外,本文还系统研究了不同掺量的钨掺杂g-C3N4的变温光学性能,对温度响应灵敏度进行了拟合估算,并对300 K-400 K区间内的不同掺量的钨掺杂g-C3N4的变温光催化性能进行了表征,最终综合考虑催化峰值所对应的时间以及不同温度所对应的反应动力学常数K的大小分别得出泡沫状g-C3N4（70 oC）和块状g-C3N4（55 oC）分别对应的最佳反应温度,由此为钨掺杂g-C3N4实际催化应用温度提供了参考。
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