Ag NPS/g-C_3N_4纳米复合材料制备及其SERS纳米传感器（英文）

通过化学氧化块状石墨型氮化碳(g-C_3N_4),获得在水中分散性好的片状g-C_3N_4。XRD,FTIR和XPS表明,所得片状g-C_3N_4含有氧官能团。这不仅可以作为锚定点负载纳米银粒子(Ag NPs),而且可以获得Ag NPs均匀分散的Ag NPS/g-C_3N_4纳米复合物。制备的复合材料中银纳米颗粒的重量百分比也会随着硝酸银与片状g-C_3N_4的质量变化而发生变化。基于g-C_3N_4对Co^(2+)的明显的拉曼强度响应,Ag NPS/gC3N4纳米复合物作为表面增强拉曼散射(SERS)传感器检测Co^(2+)。通过拉曼强度的对照,发现随着Co^(2+)浓度的增加,拉曼信号增加;而含有73%银纳米颗粒的Ag NPS/g-C_3N_4纳米复合物有高的灵敏性,检测极限浓度达到10^(-9) mol·L^(-1);复合材料同时显示出高的选择性,对其他如Cd^(2+),Cu^(2+)和Zn^(2+)的金属离子没有明显的拉曼增强信号。分析了复合材料对Co^(2+)的增强机制。由于Co^(2+)与g-C_3N_4中的N-/-NH-基团的耦合,引发复合材料中Ag NPs聚集,从而产生局部电磁场,进而产生表面增强效应。可以预知,Ag NPS/g-C_3N_4纳米复合物将作为一种用于制造SERS传感器的新的理想材料。

热响应型PNIPAM@Ag/Ag3PO4/CN复合光催化剂的制备及性能

近年来,在银盐半导体光催化剂的研究过程中, Ag3PO4由于具有各向同性分布、强氧化性和优异的可见光吸收能力等优点,引起了人们的广泛关注.Ag3PO4在反应过程中生成的Ag纳米颗粒会产生等离子体共振效应,对可见光驱动的光催化过程起积极作用.但是,在催化剂制备过程中Ag3PO4颗粒容易发生团聚,这限制了光催化降解过程中催化剂的反应活性.片状g-C3N4具有较大的比表面积,可对Ag3PO4颗粒起到良好的分散作用,并为反应提供更多活性位点.此外, g-C3N4与Ag3PO4能够形成Z-型异质结,提高电子与空穴的分离效率.在光催化降解污染物过程中,周围环境对催化剂性能具有显著影响,构建对环境具有响应性的光催化剂,实现环境调控光解过程对于理解光催化降解机理具有重要意义.聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)是一种温度响应型聚合物,在LCST(32℃)附近具有可逆的亲水性至疏水性转化.随着温度降低, PNIPAM亲水性增加,显示出从收缩团聚到拉伸溶胀状态的变化.PNIPAM还可以用作保护层包裹在Ag3PO4颗粒表面,防止Ag3PO4颗粒在反应过程的损失.本文采用沉淀法和乳液聚合法合成了热响应型PNIPAM@Ag/Ag3PO4/CN复合光催化剂,并以20 mg·L-1四环素(TC)作为目标污染物探究其对温度可逆转换的光催化性能.通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、荧光(PL)、接触角测试等一系列表征对该催化剂的结构特征、微观形貌、光学性能和亲疏水性进行了分析.由XRD可知, Ag/Ag3PO4/CN复合物和PNIPAM@Ag/Ag3PO4/CN具有相同的衍射峰强度和位置,表明PNIPAM未影响Ag/Ag3PO4/CN复合物的晶型结构.XPS结果表明,复合材料含有Ag, P, O, C和N.由SEM和TEM可知, PNIPAM已将Ag/Ag3PO4/CN复合物成功包裹.接触角测试表明, PNIPAM@Ag/Ag3PO4/CN在25℃表现出亲水性,在45℃呈现疏水性.光催化性能测试结果进一步表明, PNIPAM@Ag/Ag3PO4/CN实现了在不同温度下的光催化可逆转换性能:25℃时照射120min, TC降解效率可达88.96%;45℃时照射120 min, TC降解效率是56.73%.此外,对催化剂进行了循环实验,经过4次循环后催化剂仍具有优异的光催化降解性能,表明所制备的催化剂具有良好的稳定性.为了进一步研究PNIPAM@Ag/Ag3PO4/CN光催化剂的光催化机理,用抗坏血酸、乙二胺四乙酸和异丙醇进行了自由基捕获实验.结果表明,超氧自由基和羟基自由基在降解TC过程中起主要作用.通过价带谱测试和带隙计算出材料的价导带位置,计算出的导带位置与莫特肖基曲线测试结果一致.最后,对可能的机理进行了分析.总之,PNIPAM@Ag/Ag3PO4/CN光催化剂不仅实现了对降解过程不同温度的响应性,还可防止Ag3PO4颗粒团聚和光腐蚀,提高了电子-空穴对的传输速率.这为环境响应型复合光催化剂的制备提供了一种策略.