宽光谱响应范围的氮化碳纳米片的制备及其光催化产氢性能研究

以块体氮化碳(CN)为前驱物,采用氧化剥离制备氧化型氮化碳纳米片(o-CN NSs),将o-CN NSs还原制得了还原型氮化碳纳米片(r-CN NSs)。o-CN NSs和r-CN NSs厚度均约2 nm,且都保留了纯CN的庚嗪环骨架结构;相比于o-CN NSs,r-CN NSs具有更小的禁带宽度(2.62 eV)、更宽的光响应范围(485 nm)和更高的产氢速率(1700μmol/(g·h));r-CN NSs的光催化产氢速率是CN的8.5倍、o-CN NSs的2.1倍。经过20 h的循环测试,r-CN NSs的光催化产氢速率没有衰减,具备良好的光催化稳定性。实验和理论分析表明,r-CN NSs是边缘基团为氨基的纳米片结构,氨基的引入改善了纳米片的结晶性,提高了电子和空穴的分离效率、拓宽了纳米片的光响应范围,从而导致光催化性能增强。

石墨相氮化碳基二元直接Z型异质结研究进展

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))作为一种无金属聚合物光催化剂,具有独特的性质和出色的性能,但g-C_(3)N_(4)光催化性能受光诱导电荷的快速复合、有限的光响应范围以及较弱的氧化能力等缺陷的制约,通过两种或两种以上半导体构建g-C_(3)N_(4)基异质结是解决以上缺陷的主要策略。综述了g-C_(3)N_(4)基直接Z型异质结的主要特征、光催化机理,详细介绍了基于g-C_(3)N_(4)的二元直接Z型异质结催化剂的制备及电荷载流子转移机制,同时指出目前存在的问题,并对未来发展的方向进行了展望。

石墨相氮化碳的非金属多元素掺杂改性研究进展

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))因廉价易得、环境友好且催化活性好等优点,逐渐在催化和环境等领域成为研究热点。然而,单一g-C_(3)N_(4)存在对可见光的吸收效率低等缺点,采用元素掺杂实现g-C_(3)N_(4)的骨架结构的调整,是克服这一缺点的有效方法。对近年来有关非金属多元素组合掺杂的研究工作进行了系统总结,主要包括含氧、磷、硼和卤素等元素的二元和多元组合,并对非金属元素掺杂工作中存在的问题及未来发展方向进行了展望。

氮化碳改性材料在光催化降解抗生素中的应用

作为具有可诱发菌群抗药性等特殊生态效应的典型新污染物,抗生素的去除技术近年来备受关注。然而传统的水处理方法很难有效去除水中的微量抗生素,对生态环境、饮用水安全造成了威胁。光催化技术因具有反应条件温和、成本低、降解效率高且去除彻底等优势在抗生素的降解方面具有广泛的应用前景。氮化碳(CN)材料作为一种具有可见光响应的非金属光催化剂一直是光催化领域的研究热点。然而,纯CN存在太阳光吸收不足、表面积小和光生电子空穴对快速复合等问题,导致光催化活性低。通过元素掺杂和与其他材料形成异质结等改性策略可以有效改善CN的光催化性能,增强材料的光吸收,促进光生载流子的分离和传输。本文综述了CN改性光催化剂在其设计、光生载流子分离/转移机制及在抗生素光催化降解方面的重要进展,总结和展望了开发先进CN改性光催化剂的方向。

磁性氮化碳复合材料的制备及其对磷酸化肽的富集

蛋白质的磷酸化在细胞信号传导和疾病发生发展中起着重要作用,但磷酸化的动态变化和低丰度的特点使得对其直接分析有着较大的困难。为了解决磷酸化肽难离子化、检测丰度低的瓶颈问题,本研究制备了一种磁性氮化碳复合材料,结合基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS),建立了一种对复杂样品中低丰度磷酸化肽富集与分析的方法。采用电子显微镜、红外光谱分析及X射线衍射分析等手段对合成的磁性氮化碳材料进行表征。以酪蛋白酶解产物为实验模型,发现磁性氮化碳材料能够实现对磷酸化肽的高选择性富集和高灵敏度检测,检出限为0.1 fmol。选择脱脂牛奶、人唾液和人血清为实际分析样品,发现磁性氮化碳材料对微量蛋白生物样品中磷酸化肽的分析具有较高的应用潜力。

石墨相氮化碳改性材料的光催化性能测试与结构表征

通过一步法制备铂改性石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4)/Pt)复合材料,通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis)对g-C_(3)N_(4)和g-C_(3)N_(4)/Pt的晶体结构、化学结构、形貌进行表征分析,并在室温、常压条件下开展改性材料对气态甲醛的光催化降解性能测试,结果表明:在可见光下,g-C_(3)N_(4)/Pt对甲醛的降解效率达到57.9%,相比于未改性的g-C_(3)N_(4)光降解甲醛性能提高了12倍。

单原子改性氮化碳光催化制氢研究进展

富含地球元素碳和氮的石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))因结构稳定、价格低廉,在光解水析氢反应中具有优异的应用前景。金属单原子为提高g-C_(3)N_(4)析氢反应活性提供了新的思路,主要总结了单原子修饰g-C_(3)N_(4)的改性策略,并扼要分析单原子在g-C_(3)N_(4)基光催化剂析氢反应中的作用方式。

改性氮化碳/铜基MOF纳米复合材料修饰电极对草甘膦的电化学检测研究

使用铜基MOF材料(Cu-BTC)和含羰基杂环的介孔氮化碳(CN)合成的纳米复合材料修饰电极构建了电化学传感器,采用差分脉冲伏安法检测水环境中的草甘膦。该传感器的检测机理是通过Cu^(2+)与草甘膦发生络合反应,使得响应电流发生降低。所制备的材料通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射技术、X射线光电子能谱和傅立叶变换红外光谱等进行表征,确认了其形貌与结构。实验结果表明,该传感器具有高的灵敏度,检出限为0.1576 pg/L,线性范围为10^(-6)~10^(-12)g/L,对草甘膦具有良好的选择性。当评估该传感器以检测实际水样中的草甘膦时,回收率达到94%~107%,表现出很高的准确性和实用性。

介孔氮化碳负载钒催化氧化四氢糠醇制备γ-丁内酯

羰基是有机化学中重要的含氧官能团,许多有机化工原料含有羰基官能团(包括醛、酮、酸等)。C-C键和C-H键选择氧化断裂反应是生成羰基官能团的重要途径之一。本文以分子氧为氧化剂,以四氢糠醇为底物选择氧化制备γ-丁内酯(GBL),开发了催化氧化制备羰基化合物的新体系。探讨了反应温度、反应压力、反应时间对催化活性的影响及催化剂循环使用的稳定性;在V/MCN催化剂作用下,四氢糠醇的转化率和GBL的选择性分别达到84.6%和92.8%;循环使用20次,催化剂活性未见明显降低。测试结果表明催化剂活性中心是分散的氧化钒物种,介孔氮化碳(MCN)材料作为一种碱性载体可以有效地抑制GBL的深度氧化。

氮化碳异质结用于光催化还原U(Ⅵ)的研究进展

对核工业产生的含铀废水进行铀污染处理和铀资源回收,有利于维护核能的可持续发展。光催化还原技术友好地协同了吸附-还原能力,克服了单一吸附去除的热力学限制,用于核废水中铀去除与回收具有较大的发展潜力。氮化碳基纳米材料因其优异的光化学性能、出色的理化可调性和良好的化学稳定性而被认为是一类光催化U(Ⅵ)还原的理想光催化剂。近年来围绕氮化碳进行的改性和应用研究为光催化铀还原提供了深入见解。近期的研究揭示了基于C_(3)N_(4)的异质结纳米结构的构筑及其对铀的光催化还原过程和机制。本文旨在阐明这一快速发展的主题,立足于光催化还原U(Ⅵ)的机理,着眼于有效改善C_(3)N_(4)的光催化性能,系统总结了基于C_(3)N_(4)异质结光催化材料的设计开发及其在U(Ⅵ)还原中的应用。最后,展望了当前基于C_(3)N_(4)的光催化材料在含铀废水中对U(Ⅵ)的还原去除面临的困难,为未来的突破提供视角和方向。

铁掺杂氮化碳/BiVO_(4)构建Z型光催化全解水

采用气相挥发法在聚合物氮化碳(PCN)结构中引入了适量的铁(Fe)掺杂组分,成功制备出具有可调Fe掺杂浓度的PCN半导体光催化剂,其中0.55%(w) Fe掺杂的PCN析氢催化活性(410μmol·h^(-1))为原始PCN的2.6倍并通过XRD、UV-Vis、PL、XPS、SEM等表征阐明了Fe掺杂对PCN的影响和作用机理.同时调控钒酸铋的生长环境(配合剂、水热时间、pH)合成了具备不同形貌的钒酸铋(BiVO4),进一步成功合成了暴露{010}和{-121}晶面的十面体BiVO_(4).Z型体系中还原和氧化过程分离,可以在不同催化剂上分别进行氧化还原反应,能够有效抑制逆反应的发生,同时扩宽光催化材料的设计和选择的可能性.以PCN作为产氢端催化剂,十面体BiVO_(4)作为产氧端催化剂,以Fe^(3+)/Fe^(2+)作为离子对构建了Z型体系实现了光催化全解水.其中0.55%Fe掺杂的PCN-Fe/BiVO_(4)表现出了更优异的光催化活性,全解水的产氢性能比未改性的PCN/BiVO_(4)提升近一倍,进一步验证了气相挥发法掺杂Fe改性策略的有效性.这种基于催化剂(氮化碳)性质的掺杂改性方法对于催化剂的优化和设计以及构建Z型光催化全解水体系的探索具备一定的借鉴意义.

MoO_(3-x)负载蜂窝状氮化碳的制备及其光热协同催化CO_(2)还原性能研究

在传统光催化CO_(2)反应中引入热能是提高转化效率的新方法。通过一锅法将含氧空位缺陷的MoO_(3)(MoO_(3-x))均匀负载在蜂窝状氮化碳(NCN)表面,成功制备出不同MoO_(3-x)比例的MNCN复合催化剂。通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、紫外可见漫反射光谱、傅立叶变换红外光谱等手段对复合材料进行表征;在全光谱照射下,复合样品MNCN-1.0光热催化CO_(2)表现出优秀的性能,CO和CH_(4)的产率分别达到25.35μmol/(g·h)和1.80μmol/(g·h)。这是由于MoO_(3-x)独特的性质使其在全光谱反应中提高反应温度,促进温度场与光场的协同作用,提高了光催化的反应效率。

光催化材料石墨相氮化碳的合成、改性及应用

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))作为一种对环境温和的半导体材料,在光催化领域具有良好的应用前景。但是,纯g-C_(3)N_(4)因比表面积小、光生载流子分离难等缺点影响了其光催化性能,限制了其大规模应用,因此对g-C_(3)N_(4)进行改性使其光催化性能得到提升具有重要意义。从合成方法和改性策略出发,综述了近年来g-C_(3)N_(4)光催化剂的研究进展,并总结了g-C_(3)N_(4)光催化剂在废水处理降解污染物、产H_(2)及产H_(2)O_(2)等领域的应用发展。结果表明,改性后的g-C_(3)N_(4)光催化剂性能得到了巨大的提升。最后,对g-C_(3)N_(4)的发展方向进行了展望。

石墨相氮化碳基光催化剂研究进展

石墨相氮化碳是一种新型的非金属碳氮聚合物,具有优异的光催化性能。本文总结了近年来氮化碳光催化剂的设计与合成,对如何提高其光催化性能的相关工作进行了归纳总结,包括掺杂非金属元素和贵价金属、构建异质结、染料敏化、形貌调控等,并对石墨相氮化碳基光催化剂的后续应用和未来发展进行了展望。

羧甲基纤维素复合石墨相氮化碳增强光催化合成过氧化氢的研究

以三聚氰胺和三聚氰酸为双前驱体,通过水热、热缩合两步法合成石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4),CN),与羧甲基纤维素(CMC)通过多重氢键作用进行自组装结合,构建新型CN/CMC复合光催化材料。分别采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和电子顺磁共振(EPR)等方法对CN/CMC复合光催化材料的微观形貌、晶体结构、化学组成、光电性质进行了测试分析,结果表明:CN中引入CMC后,CMC比较均匀地复合于CN表面,提高了复合材料的热稳定性,增加了其中C、N元素的电子密度,而未对CN的晶体及能带结构造成影响,但有助于氮化碳光生电子的快速迁移,在氙灯模拟太阳光(可见光)的照射下CN/CMC的光电流可达0.08μA/cm^(2),相比CN提升了约33%。对不同CMC用量复合材料的光催化性能的探讨中,当CMC用量为10%(以CN的质量计)时,可见光下,未添加任何牺牲剂时,CN/CMC的光催化合成H_(2)O_(2)的产量高达42μmol/(L·h),约是单纯CN的4倍。

氮化碳与壳聚糖联合作用对沙门氏菌脂质代谢的影响

目的:以鼠伤寒沙门氏菌为研究对象,从细菌脂质代谢层面探究氮化碳-壳聚糖复合溶胶作用下的杀菌机理。方法:基于透射电子显微镜和蛋白泄露分析氮化碳和壳聚糖联用对细菌细胞壁膜的破坏,并采用脂质代谢组学,通过差异代谢物功能及其调控网络从细菌脂质代谢水平探究杀菌机理。结果:与单独使用氮化碳或壳聚糖相比,复合溶胶对鼠伤寒沙门氏菌细胞壁膜的损伤程度更大。脂质代谢中明显上调和下调的差异代谢物分别为203个和95个,主要集中在与细胞膜构成骨架相关的脂肪酸类、甘油磷脂类和糖脂类中。代谢物功能和调控网络分析表明,复合溶胶处理后,细菌脂肪酸生物合成、甘油磷脂代谢、亚油酸代谢、四烯酸代谢等代谢通路被破坏,细胞的能量代谢、物质运输和信号传导等生长代谢过程产生紊乱,进而导致细菌死亡。结论:本研究从脂质代谢角度揭示,氮化碳与壳聚糖联合破坏沙门氏菌的代谢通路,特别是与脂质代谢相关的通路,导致细菌代谢紊乱并死亡。这为光催化材料的杀菌机制提供了理论依据。

石墨相氮化碳的改性及其在光催化制氢领域的研究进展

氢能作为21世纪最清洁的能源,备受关注。利用太阳能催化制氢,是绿色低碳制氢技术之一。石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))因其合适的电子能带结构、热稳定性好、经济、环保等优点,是光催化制氢领域研究热点,被认为是最具潜力的半导体光催化剂之一。通过对g-C_(3)N_(4)结构的改性,可改善其比表面积小、光谱响应范围窄、光生载流子复合率高等问题,提高光催化制氢效率。介绍了g-C_(3)N_(4)光催化机理及制备,g-C_(3)N_(4)的改性及其在光催化制氢领域的研究进展。其中3种改性方式包括能带结构调控、形貌调控和异质结的构建。基于以上,对未来研究工作的方向与前景进行了展望,可为开发高性能改性g-C_(3)N_(4)光催化剂分解水制氢提供参考。

超亲氮化碳-硅藻土复合滤层油包水乳液快速破乳

目的实现高黏度油品油包水乳液的快速高效破乳。方法以三聚氰胺为原料,通过热聚法制备超亲水材料氮化碳,采用制备的氮化碳混合硅藻土制备复合滤饼,通过抽滤实现高黏度油包水乳液快速破乳。结果含质量分数为1.5%氮化碳的0.5 cm氮化碳-硅藻土滤饼可实现水含量在6%(w)以内,乳滴粒径在2.32μm及以上,油包水乳液完全破乳,20 kPa真空度的破乳速率可达3.57 L/min,破乳效率为97.36%,油回收率为99.72%以上;增大破乳用滤饼厚度,可用于更高含水量乳液的破乳;破乳基于超亲氮化碳对水的强吸引力和硅藻土微孔破碎共同作用。结论氮化碳-硅藻土滤饼可实现油包水乳液快速高效破乳,具工业实用前景。

氧磷共掺杂二维石墨相氮化碳的制备及光催化性能

以三聚氰胺、草酸铵和磷酸铵为原料,采用超分子自组装法和热聚合法制备氧磷共掺杂的二维石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4)),通过X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸附脱附测试、紫外-可见光漫反射光谱、荧光光谱和电化学阻抗谱等手段对催化剂进行表征,以染料罗丹明B(RhB)在可见光下的降解来评价样品的光催化性能。结果表明:氧磷共掺杂使g-C_(3)N_(4)形貌由一维柱状变为二维堆叠片状,禁带宽度变窄,电子-空穴的分离效率提高,光催化性能提升。·O_(2)^(-)、·OH和h^(+)三种活性基团协同作用使样品对罗丹明B的降解率达到92.11%,在重复使用五次后降解率仍在85%以上,具有良好的稳定性。所制备的氧磷共掺杂二维g-C_(3)N_(4)降解罗丹明B的速率常数为0.01660 min^(-1),是纯g-C_(3)N_(4)的12.39倍,是由三聚氰胺-草酸铵超分子前驱体制得的g-C_(3)N_(4)的4.54倍。

无金属组分的氮化碳材料催化CO_(2)合成碳酸丙烯酯

以二氰二胺为前驱体,经热聚和热剥离制备了剥离石墨相氮化碳(eg-C_(3)N_(4))材料,eg-C_(3)N_(4)再经H_(2)SO_(4)处理制得了eg-C_(3)N_(4)-S材料.采用N_(2)-吸脱附、X射线衍射、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱和紫外-可见漫反射等方法对材料的孔结构、化学组成等理化性质进行了表征.结果显示,热剥离有效地提高了g-C_(3)N_(4)的比表面积,而H_(2)SO_(4)处理引入了羟基.在CO_(2)和环氧丙烷环加成合成碳酸丙烯酯的催化反应中,eg-C_(3)N_(4)-S材料相较于未经H_(2)SO_(4)处理或未经热剥离的g-C_(3)N_(4)材料具有更高的催化活性.在反应压力为2.0 MPa,反应温度为140℃条件下,环氧丙烷的转化率和碳酸丙烯酯选择性分别为85%和98%.