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Fe(Ⅲ)螯合掺杂对g-C3N4光催化性能和活性位的影响 被引量:4
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作者 刘桂梅 董国辉 +1 位作者 曾玉彬 王传义 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1564-1572,共9页
元素掺杂是一种简单有效的光催化剂改性方法.已有诸多文献报道采用非金属元素(B、P、S)或金属元素(Na+, Ni3+,Co3+, Cu2+)对g-C3N4进行掺杂改性,但目前对金属掺杂的模型和影响机理尚不清晰.g-C3N4作为层状材料,它的表面和边缘有大量的胺... 元素掺杂是一种简单有效的光催化剂改性方法.已有诸多文献报道采用非金属元素(B、P、S)或金属元素(Na+, Ni3+,Co3+, Cu2+)对g-C3N4进行掺杂改性,但目前对金属掺杂的模型和影响机理尚不清晰.g-C3N4作为层状材料,它的表面和边缘有大量的胺基,它对光生载流子的传输起到重要作用.此外,胺基可以与金属通过配位键形成螯合物;与胺基螯合的金属由于其功函数较小,可以捕获半导体的光生电子,并有利于降低光生载流子的复合.本文选用Fe(Ⅲ)对g-C3N4进行掺杂改性, SEM-EDS表明, C和N元素均匀分布在g-C3N4整个骨架上,而Fe元素主要分布在g-C3N4边缘部分;FTIR结果发现,掺杂Fe后, N-Hx伸缩振动峰强度随着掺杂量的增加而降低,证明Fe(Ⅲ)与g-C3N4表面胺基之间形成配位键,即Fe(Ⅲ)掺杂为螯合掺杂.Fe(Ⅲ)螯合掺杂后的g-C3N4光催化氧化Rh B和光催化还原Cr(Ⅵ)的性能都得到显著提升.这是因为螯合掺杂Fe(Ⅲ)后, g-C3N4不仅产生了更多的光生电子,而且由于产生的Fe(Ⅱ)的芬顿效应产生了更多的羟基自由基,极大地提升了g-C3N4光催化氧化还原性能.但是Fe(Ⅲ)螯合掺杂后却抑制了g-C3N4光催化去除NO的性能, NO去除性能随着Fe(Ⅲ)掺杂量的增加而下降,这与Fe(Ⅲ)的螯合掺杂模型有密切关系.NO-TPD实验结果表明, Fe掺杂降低了g-C3N4对NO的吸附;但脱氨基实验证明胺基对NO吸附并无作用.通过EPR表征发现,掺杂Fe后C的Lorentzian线强度降低了2/3,说明C上的未成对电子减少.同时通过固体NMR(1H谱)中发现掺杂后N-H2减少、但C-H数量增多的规律.说明Fe(Ⅲ)与表面胺基(N-H2)螯合后,质子占据C活性位,而C活性位却是NO在g-C3N4表面的吸附位点.所以Fe(Ⅲ)的螯合掺杂会降低g-C3N4光催化去除NO的性能.综上, Fe(Ⅲ)螯合掺杂可以提高g-C3N4的氧化还原能力,但是并不适用于所有的光催化反应.同时,关注不理想的活性变化有助于进一步挖掘改性方法对材料结构的影响,指导改性材料的使用,并可能为其它相关研究带来启发. 展开更多
关键词 螯合掺杂 g-C3N4 光催化 Fe(Ⅲ) 一氧化氮去除
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ZIF-8衍生的具有可控氧空位的ZnO对光催化去除NO的增强及毒性NO2形成的抑制 被引量:4
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作者 朱鹏飞 尹晓荷 +3 位作者 高新华 董国辉 徐景坤 王传义 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第1期175-183,共9页
氧化锌作为一种半导体材料,具有合适的能带结构位置,高催化效率,低成本和环境可持续性,因而广泛用于光催化领域.然而,由于氧化锌的宽带隙,可见光吸收能力差以及光生电子-空穴对的快速复合,极大地影响了其光催化效率.通过引入氧空位调控... 氧化锌作为一种半导体材料,具有合适的能带结构位置,高催化效率,低成本和环境可持续性,因而广泛用于光催化领域.然而,由于氧化锌的宽带隙,可见光吸收能力差以及光生电子-空穴对的快速复合,极大地影响了其光催化效率.通过引入氧空位调控光催化剂的结构被证明是一种可以改善光生载流子的分离,从而提高光催化性能的有效方法.本文以ZIF-8为前驱体,采用两步煅烧法合成了具有不同浓度氧空位分布的ZnO纳米光催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)、电子顺磁共振(EPR)、荧光光谱仪(PL)等手段系统地分析了合成的光催化剂的理化性质,并评价了它们在可见光下光催化氧化去除NO反应性能.EPR结果表明,样品中氧空位的浓度取决于温度处理的过程.通过两步煅烧法得到氧化锌中氧空位的含量高于一步直接煅烧法所得的样品.此外,随着煅烧温度升高,合成的氧化锌晶格越完好,其氧空位含量越少.UV-Vis DRS结果表明,两步煅烧法合成的ZnO与商业的ZnO及一步法直接煅烧合成的ZnO相比,其吸光范围从紫外光拓展到了可见光,表现出了更加优异的吸光性能.光催化反应结果表明,与商业氧化锌和一步直接煅烧法所得样品相比,两步煅烧法合成的样品表现出了更优异的光催化去除NO性能,并抑制了中间产物毒性NO2的产生,促进了NO的深度氧化.具体反应路径为:在光照过程中,光生电子很容易被氧空位俘获,与O2反应产生更多的超氧自由基(·O2^-),从而将NO氧化成最终的产物硝酸盐.尤其有趣的是,先在350 ℃煅烧2小时再400℃煅烧1小时的两步法样品Z 350-400的NO去除效率分别比一步法样品Z 400(400℃煅烧)和商用ZnO高出1.5和4.6倍.这表明以MOF材料衍生的具有适当量氧空位的金属氧化物为一种高效去除NO的光催化剂具有很好的应用前景. 展开更多
关键词 光催化去除NO ZIF-8 氧化锌 氧空位 温度处理
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溴掺杂石墨相碳化氮对Cr(Ⅵ)光催化还原性能的提高 被引量:8
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作者 汪勉 曾玉彬 +1 位作者 董国辉 王传义 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1498-1510,共13页
半导体光催化技术不仅可将太阳能转化为化学能,还能直接降解和矿化有机污染物,在解决能源短缺和治理环境污染等方面具有广阔的应用前景.然而传统的TiO2光催化剂具有较大的禁带宽度(3.2 eV),使得材料只能吸收紫外光(仅占太阳光的4%)且量... 半导体光催化技术不仅可将太阳能转化为化学能,还能直接降解和矿化有机污染物,在解决能源短缺和治理环境污染等方面具有广阔的应用前景.然而传统的TiO2光催化剂具有较大的禁带宽度(3.2 eV),使得材料只能吸收紫外光(仅占太阳光的4%)且量子产率较低.因此,研究和开发新型的本身具有可见光响应的光催化材料在实际应用中具有重要的指导意义.g-C3N4作为一种非金属有机聚合物n型半导体,因具有合适的禁带宽度、独特的电子结构和良好的化学稳定性,迅速成为光催化领域的研究热点.但是,由于g-C3N4本身存在比表面积小、可见光响应范围狭窄和光生电子-空穴对分离效率低等缺陷,极大限制了其光催化实际应用.为了解决该问题,人们进行了很多尝试来改善石墨相氮化碳光催化材料的光催化活性.研究表明,非金属元素掺杂是一种有效且常用的提高g-C3N4光催化性能的方法.例如,通过高温煅烧三聚氰胺和氧化硼混合物可制备掺B的g-C3N4,g-C3N4结构中的H元素被B取代, B的掺杂大大提高了g-C3N4的光催化活性;利用氟化铵和三聚氰胺合成F掺杂的g-C3N4, F原子与g-C3N4中心或边缘的C键合,将部分sp2杂化的碳原子转化为sp3杂化,降低了材料的平面性,从而使材料的析氢性能和催化苯氧化生成苯酚的能力有了明显提高;使用氯化铵和双氰胺作为前驱体制备Cl掺杂的g-C3N4, Cl元素的引入使g-C3N4晶格变形,带隙变窄,电荷迁移效率提高,光催化效率显著改善.基于上述结果,并考虑到原子的电负性和大小等因素的影响,我们采用简单的一步法合成了系列Br掺杂的g-C3N4光催化剂CN–BrX.通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电子显微镜(SEM、TEM)等手段对材料的结构进行了表征,并结合元素分析(EA)和光电子能谱(XPS)研究了其形成机理.采用光催化还原Cr(VI)效率、光催化产双氧水浓度以及光催化氧化NO能力评价了CN–BrX的光催化活性,并进行了光催化反应过程动力学拟合和循环实验.通过理论计算(DFT)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、荧光光谱(PL)、光电流(PC)和比表面积(BET)等测试分析了材料的光催化活性增强机理,并通过活性物种捕获实验深入探究了其光催化还原Cr(VI)的反应机理.结果表明, CN–BrX(CN–Br30除外)保留了g-C3N4的基本骨架,其中Br元素以取代碳氮杂环中N原子的形式均匀分布于g-C3N4结构中.引入的Br元素可以明显降低材料的禁带宽度,拓宽其可见光响应范围,加快光生载流子的分离效率,并增大其比表面积,从而使得改性材料具有更高的光催化氧化还原活性.此外,在Cr(VI)光催化还原过程中,光生e-,·OH和H2O2均起着重要作用. 展开更多
关键词 石墨相氮化碳 掺杂 Cr(Ⅵ)还原 可见光
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Morphology and photocatalytic tetracycline degradation of g-C_(3)N_(4) optimized by the coal gangue
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作者 Kai Han guohui dong +2 位作者 Ishaaq Saeed Tingting dong Chenyang Xiao 《Chinese Journal of Structural Chemistry》 SCIE CAS CSCD 2024年第2期38-48,共11页
Coal gangue(CG),a solid waste from coal mining and processing,has raised concerns about its environmental impact.Graphitic carbon nitride(g-C_(3)N_(4))is promising for photocatalytic decomposition of organic pollutant... Coal gangue(CG),a solid waste from coal mining and processing,has raised concerns about its environmental impact.Graphitic carbon nitride(g-C_(3)N_(4))is promising for photocatalytic decomposition of organic pollutants,but its performance is hampered by its inherent defects.In this study,the compound of coal gangue and g-C_(3)N_(4)was formed by in-situ loading g-C_(3)N_(4)on the surface of coal gangue.After recombination,the morphology of g-C_(3)N_(4)changes from block structure to tremella nanosheet.This change not only increases the specific surface area of g-C_(3)N_(4),but also broadens the light absorption spectrum of g-C_(3)N_(4).Compared with original g-C_(3)N_(4),the photo-current of the complex in visible light is increased twice,and the tetracycline(TC)degradation rate is 2.1 times faster.The structure,optical properties,band structure,morphology and charge transfer mechanism of the composite were analyzed by a series of characterization techniques.It is found that coal gangue can promote the space charge transfer and separation of g-C_(3)N_(4),and the cyclic test compound has good activity stability.In this paper,a strategy of comprehensive utilization of coal gangue is proposed,which can not only reduce the envi-ronmental risk of coal gangue,but also provide carbon nitride(CN)based photocatalytic materials with superior photocatalytic properties. 展开更多
关键词 Coal gangue g-C_(3)N_(4) TETRACYCLINE PHOTOCATALYTIC Adsorption sites
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First-principles study on Fe_(2)B_(2)as efficient catalyst for nitrogen reduction reaction 被引量:2
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作者 Wei Song Jia Wang +5 位作者 Ling Fu Chaozheng He Chenxu Zhao Yongliang Guo Jinrong Huo guohui dong 《Chinese Chemical Letters》 SCIE CAS CSCD 2021年第10期3137-3142,共6页
[18_(T)D$IF]Ammonia(NH_(3))is considered an attractive candidate as a clean,highly efficient energy carrier.The electrocatalytic nitrogen reduction reaction(NRR)can reduce energy input and carbon footprint;therefore,r... [18_(T)D$IF]Ammonia(NH_(3))is considered an attractive candidate as a clean,highly efficient energy carrier.The electrocatalytic nitrogen reduction reaction(NRR)can reduce energy input and carbon footprint;therefore,rational design of effective electrocatalysts is essential for achieving high-efficiency electrocatalytic NH_(3)synthesis.Herein,we report that the enzymatic mechanism is the more favourable pathway for NRR,due to lower limiting potential(-0.44 V),lower free energy(only 0.02 eV)of the first hydrogenation step(*N–N to*NH–N),and more electron transfer from Fe_(2)B_(2)to the reaction species.In addition,both vacancies and dopants can be helpful in reducing the reaction energy barrier of the potential-determining step.Therefore,we have demonstrated that Fe_(2)B_(2)is a potential new candidate for effective NRR and highlighted its potential for applications in electrocatalytic NH_(3)synthesis. 展开更多
关键词 Nitrogen reduction reaction ELECTROCATALYSTS Free energy DFT calculations MAGNETISM
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The photocatalytic ·OH production activity of g-C_(3)N_(4) improved by the introduction of NO 被引量:1
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作者 Jun Jing Kai Qi +2 位作者 guohui dong Mengmeng Wang Wingkei Ho 《Chinese Chemical Letters》 SCIE CAS CSCD 2022年第10期4715-4718,共4页
The efficiency of photocatalytic pollutant removal largely depends on the ability of the photocatalytic system to produce hydroxyl radicals(·OH).However,the capability of photocatalyst to produce·OH is not s... The efficiency of photocatalytic pollutant removal largely depends on the ability of the photocatalytic system to produce hydroxyl radicals(·OH).However,the capability of photocatalyst to produce·OH is not strong at present.Advancing the capacity of photocatalytic system to produce·OH has always been a tough problem and challenge in the field of environmental science.In this research,it was found that introducing nitric oxide(NO)into the graphitic carbon nitride(g-C_(3)N_(4))photocatalytic system could memorably enhance the ability of producing·OH group.This study provides a new idea for improving the capacity of photocatalytic·OH production. 展开更多
关键词 Active oxygen species Nitrogen oxide PHOTOCATALYSIS Organic pollution g-C_(3)N_(4)
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Measuring fine molecular structures with luminescence signal from an alternating current scanning tunneling microscope
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作者 Fei Wen guohui dong Hui dong 《Communications in Theoretical Physics》 SCIE CAS CSCD 2022年第12期52-61,共10页
In scanning tunneling microscopy-induced luminescence(STML),the photon count is measured to reflect single-molecule properties,e.g.,the first molecular excited state.The energy of the first excited state is typically ... In scanning tunneling microscopy-induced luminescence(STML),the photon count is measured to reflect single-molecule properties,e.g.,the first molecular excited state.The energy of the first excited state is typically shown by a rise of the photon count as a function of the bias voltage between the tip and the substrate.It remains a challenge to determine the precise rise position of the current due to possible experimental noise.In this work,we propose an alternating current version of STML to resolve the fine structures in the photon count measurement.The measured photon count and the current at the long-time limit show a sinusoidal oscillation.The zero-frequency component of the current shows knee points at the precise voltage as the fraction of the detuning between the molecular gap and the DC component of the bias voltage.We propose to measure the energy level with discontinuity of the first derivative of such a zero-frequency component.The current method will extend the application of STML in terms of measuring molecular properties. 展开更多
关键词 alternating current scanning tunneling microscope inelastic electron scattering single-molecule electroluminescence molecular energy levels
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