硫掺杂石墨相氮化碳的光催化固氮性能中氮空穴对氮气分子活化的提升作用（英文）

论文摘要

地球上的氮元素十分丰富并主要以氮气形式存在.然而,由于氮的化学及生物惰性,大多数生物体不能直接吸收氮.因此,人工固氮过程被称为继光合作用之后的第二大化学反应.目前工业上常用的固氮技术为Haber-Bosch法,该方法能耗高且使用的原料氢气十分危险.因此,寻找更加节能、绿色、安全的固氮技术迫在眉睫.石墨相氮化碳作为一种非金属半导体光催化剂近年来受到研究者青睐.氮化碳化学性质稳定,能带宽度适中,且耐酸碱腐蚀.然而,氮化碳的反应活性位较少,量子效率较低,而且由于光能的能量密度较低,反应物N2分子难以活化,因此光催化固氮性能并不理想.有研究报道称晶格缺陷能作为反应活性位活化氮气分子,提高光催化固氮性能.本文采用介质阻挡放电等离子体法制备了硫和氮空穴共掺杂的石墨相氮化碳催化剂,考察了硫的引入对催化剂光催化固氮性能的影响.XRD, UV-Vis和氮气吸附结果表明,掺杂未改变催化剂的比表面积,但使得氮化碳催化剂晶格发生了细微扭曲,且改变了催化剂的电子结构,降低了能带宽度.通过XPS结果推测了硫元素与氮空穴的相对位置,并确定硫元素取代了氮元素,以S-C键的形式掺入到催化剂晶格中.采用N2-TPD法分析了催化剂对氮气分子的吸附能力,发现氮空穴是氮气分子的化学吸附位.硫的引入能促进氮空穴对氮气分子的吸附与活化能力.PL光谱结果证实硫和氮空穴掺杂均对电子空穴对的分离有促进作用.不同气氛下的PL光谱结果表明,光电子能通过氮空穴从催化剂转移至吸附的氮气分子上.DFT计算结果显示,氮气分子吸附在氮空穴上,吸附后的N=N键长为1.331?,小于非吸附状态的N-N键长（1.157 ?）.而引入硫以后,氮气分子同样吸附在氮空穴上,N=N键长进一步增大到1.415?,且氮气分子的吸附能也显著降低.这些结果都说明硫的引入提高了氮空穴对氮气分子的吸附和活化作用.此外,态密度图结果显示,光电子通过氮空穴从催化剂向吸附的氮气分子转移,且引入硫之后吸附的氮气分子上的电子密度明显提高,进一步证实硫的引入对氮气分子的活化作用.

论文目录

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 李政,顾贵洲,胡绍争,邹熊,武光

关键词: 石墨相氮化碳,氮气光固定,共掺杂,光催化作用,等离子体处理

来源: 催化学报 2019年08期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 化学

单位: 辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,大连理工大学化工学院,黑龙江大学化学化工与材料学院农作物研究院

基金: supported by the National Natural Science Foundation of China(41701364),the Liaoning Doctoral Priming Fund Project(201601333,20170520109),the Basic Scientific Research in Colleges and Universities in Heilongjiang Province(KJCXZD201715),the Harbin Science and Technology Bureau Project(2017RAQXJ145),supported by Super Computing Center of Dalian University of Technology~~

分类号: O643.36;O644.1

页码: 1178-1186

总页数: 9

文件大小: 1897K

下载量: 356

相关论文文献

• [1].充氮气调储粮实仓应用试验总结[J]. 现代食品 2020(01)
• [2].企业氮气系统优化方案探讨[J]. 化工管理 2020(10)
• [3].多举措降低氮气消耗[J]. 石油石化节能 2020(06)
• [4].车载氮气制备加注系统结构设计[J]. 专用汽车 2016(06)
• [5].你真的了解氮气吗[J]. 数理化学习(初中版) 2014(06)
• [6].食品里加氮气很安全[J]. 健康博览 2016(09)
• [7].浅圆仓充氮气调技术实仓应用探究[J]. 粮食储藏 2017(02)
• [8].为什么吸入氮气会使声音发生变化[J]. 小星星(高年级版) 2020(05)
• [9].富氮气调在储粮应用中的问题探讨[J]. 粮食流通技术 2012(05)
• [10].氮气后备系统改造[J]. 河南化工 2015(11)
• [11].超稠油氮气助排深度优化研究与应用[J]. 内蒙古石油化工 2015(20)
• [12].甲醇制烯烃开工氮气系统存在的问题及改造措施[J]. 现代化工 2016(11)
• [13].铝及铝合金熔炼用氮气质量控制[J]. 中国金属通报 2014(12)
• [14].氮气窒息20例临床分析[J]. 中国冶金工业医学杂志 2011(05)
• [15].高温乙二醇在不同水和氮气含量下爆炸极限的测定[J]. 上海化工 2010(05)
• [16].氮气中毒1例分析[J]. 西南军医 2010(05)
• [17].九年级化学教学中的科学论证启蒙——基于“氮气”主题拓展的深度备课成果[J]. 化学教学 2018(12)
• [18].浅析新庄油田南三块常采氮气抑水增油现状[J]. 化工管理 2017(10)
• [19].横向通风系统充氮气调的数值模拟与现场试验对比[J]. 粮食储藏 2015(06)
• [20].高压氧救治急性氮气中毒[J]. 生物医学工程与临床 2016(01)
• [21].富氮气调储粮工艺的介绍[J]. 现代食品 2015(20)
• [22].氮气在油气生产中的使用安全性问题[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊) 2014(10)
• [23].充氮气调对小麦储藏品质的影响研究[J]. 河南工业大学学报(自然科学版) 2014(05)
• [24].承钢氮气供给系统节能改造[J]. 河北冶金 2013(04)
• [25].40000m~3/h制氧机污氮气的开发利用[J]. 冶金动力 2011(S1)
• [26].致命的氮气密闭空间[J]. 劳动保护 2017(04)
• [27].氮气爱“客串”[J]. 红领巾(探索) 2019(04)
• [28].氮气循环制冷实现空分设备裸冷[J]. 化工管理 2014(02)
• [29].管网氮气超标特点分析及改进[J]. 冶金动力 2014(06)
• [30].氮气管网系统节能优化改造[J]. 冶金动力 2013(06)

标签：石墨相氮化碳论文;  氮气光固定论文;  共掺杂论文;  光催化作用论文;  等离子体处理论文;