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《環境光催化材料的改性及其作用機制》包括5章內容，第1章概述了光催化技術及光催化劑的改性和應用；第2章全面闡述了g-C3N4加快光生載流子傳輸與遷移的研究現狀和挑戰；第3～5章介紹了g-C3N4的缺陷調控、微納結構調控、金屬摻雜和異質結構建及相應的性能提升機制。《環境光催化材料的改性及其作用機制》從提高光生載流子傳輸與遷移效率這一關鍵科學問題出發，選取典型的可見光驅動的g-C3N4為研究物件，對其進行了缺陷、微觀結構、摻雜/異質結改性調控。目前，國內外還未有此類書籍的出版。
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第1章 光催化技術及光催化劑的改性和應用 1
1.1 引言 1
1.2 半導體光催化技術 3
1.2.1 光催化原理 3
1.2.2 光催化基本過程 3
1.3 催化劑改性策略 4
1.3.1 離子摻雜 4
1.3.2 金屬/貴金屬沉積 5
1.3.3 構建異質結 5
1.3.4 形貌調控 5
1.3.5 缺陷工程 5
1.4 光催化技術的應用 6
1.4.1 空氣凈化 6
1.4.2 水體凈化 6
1.4.3 能源轉化 7
1.4.4 衛生醫療 7
1.4.5 自清潔 7
參考文獻 8
第2章 g-C3N4提高光生載流子動力學的研究現狀和挑戰 11
2.1 引言 12
2.2 調控電荷遷移的內部改性方法 17
2.2.1 外來非金屬摻雜 17
2.2.2 非金屬自摻雜 19
2.2.3 非金屬/金屬共摻雜 20
2.2.4 分子/官能團修飾 21
2.2.5 金屬摻雜 23
2.2.6 缺陷工程 25
2.3 調整界面電荷遷移的外部改性方法 31
2.3.1 碳點/碳量子點耦合 31
2.3.2 金屬量子點耦合 33
2.3.3 等離子體耦合 34
2.3.4 單原子修飾 37
2.3.5 構建異質結 40
2.3.6 同質異質結 45
2.4 面內載流子遷移 46
2.4.1 H鍵斷裂 46
2.4.2 提高結晶度 47
2.4.3 擴展π電子離域 49
2.5 層間電荷傳輸 52
2.5.1 體相g-C3N4的剝離 52
2.5.2 層間插層用於電荷遷移 55
2.6 總結與展望 58
參考文獻 61
第3章 g-C3N4的缺陷調控及光催化作用機制 75
3.1 含三配位氮空位(N3C)g-C3N4高效穩定去除NO的光催化機制 75
3.1.1 引言 75
3.1.2 光催化活性裝置 76
3.1.3 樣品制備與表征測試 77
3.1.4 表征結果與討論 79
3.1.5 光催化機制 96
3.1.6 小結 98
3.2 含碳空位C3N4納米管：電子結構及光催化性能增強機制 98
3.2.1 引言 98
3.2.2 樣品制備 99
3.2.3 結果與討論 99
3.2.4 小結 112
3.3 碳空位g-C3N4納米片上可見光驅動的NO光催化氧化性能增強機制 113
3.3.1 引言 113
3.3.2 實驗合成 114
3.3.3 活性物種捕獲實驗 114
3.3.4 光電化學實驗 114
3.3.5 結果與討論 114
3.3.6 小結 124
3.4 自結構修飾g-C3N4納米片上增強的可見光光催化NOx性能與反應路徑研究 124
3.4.1 引言 124
3.4.2 g-C3N4的合成 125
3.4.3 結果與討論 125
3.4.4 小結 136
參考文獻 137
第4章 g-C3N4的微納結構調控及光催化作用機制 145
4.1 雙氰胺高壓聚合大幅度提高層狀g-C3N4的可見光催化活性及其作用機制研究 145
4.1.1 引言 145
4.1.2 材料與合成 146
4.1.3 結果與討論 147
4.1.4 小結 159
4.2 縮聚脒脲制備具有高光催化產氫活性的g-C3N4納米片及其還原機制研究 159
4.2.1 引言 159
4.2.2 水解雙氰胺(DCDA)制備脒脲 160
4.2.3 g-C3N4納米片的制備 160
4.2.4 結果分析 160
4.2.5 光催化還原機制 166
4.2.6 小結 169
4.3 多次煅燒g-C3N4增強NO的可見光催化氧化性能研究 169
4.3.1 引言 169
4.3.2 催化劑的制備 170
4.3.3 結果和討論 170
4.3.4 光催化氧化NO機制 182
4.3.5 小結 184
參考文獻 185
第5章 金屬摻雜及異質結構建修飾的g-C3N4及其光催化活性增強機制 190
5.1 鉍單質修飾的g-C3N4復合異質結對NO可見光催化氧化性能提升機制 190
5.1.1 引言 190
5.1.2 Bi-g-C3N4復合材料的制備 191
5.1.3 光催化氧化去除NO 191
5.1.4 光催化劑的結構和組成 193
5.1.5 光學性質及可能的光催化機理 195
5.1.6 小結 199
5.2 Pd-QDs修飾的g-C3N4對NO光催化氧化機理的研究 199
5.2.1 引言 199
5.2.2 催化劑的合成 200
5.2.3 表征結果與討論 200
5.2.4 NO的去除機理 205
5.2.5 小結 207
5.3 金紅石型TiO2與g-C3N4 QDs異質結：一種高效的可見光驅動Z型復合光催化劑 207
5.3.1 引言 207
5.3.2 實驗合成 208
5.3.3 結果與討論 208
5.3.4 光催化機制 218
5.3.5 小結 220
參考文獻 220
第1章 光催化技術及光催化劑的改性和應用 1
1.1 引言 1
1.2 半導體光催化技術 3
1.2.1 光催化原理 3
1.2.2 光催化基本過程 3
1.3 催化劑改性策略 4
1.3.1 離子摻雜 4
1.3.2 金屬/貴金屬沉積 5
1.3.3 構建異質結 5
1.3.4 形貌調控 5
1.3.5 缺陷工程 5
1.4 光催化技術的應用 6
1.4.1 空氣凈化 6
1.4.2 水體凈化 6
1.4.3 能源轉化 7
1.4.4 衛生醫療 7
1.4.5 自清潔 7
參考文獻 8
第2章 g-C3N4提高光生載流子動力學的研究現狀和挑戰 11
2.1 引言 12
2.2 調控電荷遷移的內部改性方法 17
2.2.1 外來非金屬摻雜 17
2.2.2 非金屬自摻雜 19
2.2.3 非金屬/金屬共摻雜 20
2.2.4 分子/官能團修飾 21
2.2.5 金屬摻雜 23
2.2.6 缺陷工程 25
2.3 調整界面電荷遷移的外部改性方法 31
2.3.1 碳點/碳量子點耦合 31
2.3.2 金屬量子點耦合 33
2.3.3 等離子體耦合 34
2.3.4 單原子修飾 37
2.3.5 構建異質結 40
2.3.6 同質異質結 45
2.4 面內載流子遷移 46
2.4.1 H鍵斷裂 46
2.4.2 提高結晶度 47
2.4.3 擴展π電子離域 49
2.5 層間電荷傳輸 52
2.5.1 體相g-C3N4的剝離 52
2.5.2 層間插層用於電荷遷移 55
2.6 總結與展望 58
參考文獻 61
第3章 g-C3N4的缺陷調控及光催化作用機制 75
3.1 含三配位氮空位(N3C)g-C3N4高效穩定去除NO的光催化機制 75
3.1.1 引言 75
3.1.2 光催化活性裝置 76
3.1.3 樣品制備與表征測試 77
3.1.4 表征結果與討論 79
3.1.5 光催化機制 96
3.1.6 小結 98
3.2 含碳空位C3N4納米管：電子結構及光催化性能增強機制 98
3.2.1 引言 98
3.2.2 樣品制備 99
3.2.3 結果與討論 99
3.2.4 小結 112
3.3 碳空位g-C3N4納米片上可見光驅動的NO光催化氧化性能增強機制 113
3.3.1 引言 113
3.3.2 實驗合成 114
3.3.3 活性物種捕獲實驗 114
3.3.4 光電化學實驗 114
3.3.5 結果與討論 114
3.3.6 小結 124
3.4 自結構修飾g-C3N4納米片上增強的可見光光催化NOx性能與反應路徑研究 124
3.4.1 引言 124
3.4.2 g-C3N4的合成 125
3.4.3 結果與討論 125
3.4.4 小結 136
參考文獻 137
第4章 g-C3N4的微納結構調控及光催化作用機制 145
4.1 雙氰胺高壓聚合大幅度提高層狀g-C3N4的可見光催化活性及其作用機制研究 145
4.1.1 引言 145
4.1.2 材料與合成 146
4.1.3 結果與討論 147
4.1.4 小結 159
4.2 縮聚脒脲制備具有高光催化產氫活性的g-C3N4納米片及其還原機制研究 159
4.2.1 引言 159
4.2.2 水解雙氰胺(DCDA)制備脒脲 160
4.2.3 g-C3N4納米片的制備 160
4.2.4 結果分析 160
4.2.5 光催化還原機制 166
4.2.6 小結 169
4.3 多次煅燒g-C3N4增強NO的可見光催化氧化性能研究 169
4.3.1 引言 169
4.3.2 催化劑的制備 170
4.3.3 結果和討論 170
4.3.4 光催化氧化NO機制 182
4.3.5 小結 184
參考文獻 185
第5章 金屬摻雜及異質結構建修飾的g-C3N4及其光催化活性增強機制 190
5.1 鉍單質修飾的g-C3N4復合異質結對NO可見光催化氧化性能提升機制 190
5.1.1 引言 190
5.1.2 Bi-g-C3N4復合材料的制備 191
5.1.3 光催化氧化去除NO 191
5.1.4 光催化劑的結構和組成 193
5.1.5 光學性質及可能的光催化機理 195
5.1.6 小結 199
5.2 Pd-QDs修飾的g-C3N4對NO光催化氧化機理的研究 199
5.2.1 引言 199
5.2.2 催化劑的合成 200
5.2.3 表征結果與討論 200
5.2.4 NO的去除機理 205
5.2.5 小結 207
5.3 金紅石型TiO2與g-C3N4 QDs異質結：一種高效的可見光驅動Z型復合光催化劑 207
5.3.1 引言 207
5.3.2 實驗合成 208
5.3.3 結果與討論 208
5.3.4 光催化機制 218
5.3.5 小結 220
參考文獻 220
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