镍基催化甲苯分解过程中无定形碳与石墨型碳生成及转化特性

采用等体积浸渍法制备Ni/α-Al2O3与Ni-Fe/α-Al2O3,在固定床反应器中进行催化甲苯裂解和重整性能实验,对不同反应阶段的催化剂进行程序升温氧化-质谱联用(TPO-MS)、扫描电子显微镜(SEM)等表征。结果表明:镍基催化剂表面积碳包括无定形碳和石墨型碳,其中石墨型碳主要为碳纳米管。随着反应的进行,积碳量先显著增大后保持稳定。在反应初期,催化剂表面主要生成无定形碳;反应中部分无定形碳转化生成石墨型碳,后者所占比例逐渐增大。在裂解反应(不添加水)中,Ni/α-Al2O3表面积碳以无定形碳为主,比例达到85%以上;在重整反应中,水的加入可显著促进石墨型碳(碳纳米管)的生成,石墨型碳比例达到30%以上。添加铁助剂改性明显抑制无定形碳的生成,Ni-Fe/α-Al2O3积碳以石墨型碳为主,比例达到70%以上。

聚吡咯/石墨型氮化碳复合材料的制备及其导电/电化学性能

通过原位聚合反应制备出聚吡咯/石墨型氮化碳(PPy/g-C3N4)复合材料,研究不同gC3N4质量分数对PPy/g-C3N4复合材料的导电性能及电化学性能的影响.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射技术及红外光谱对复合材料的形貌结构进行表征;利用四探针测试仪和电化学工作站测试复合材料的导电性能及电化学性能.结果表明:聚吡咯分散在g-C3N4表层或插层于g-C3N4片层中;复合材料的电导率随着g-C3N4质量分数的增加,呈现先增大后减小的趋势,当g-C3N4质量分数达到15%时,材料电导率最大;复合材料具有良好的氧化还原可逆性,同时随g-C3N4质量分数的增加,电荷容纳能力也相应提高.

溶剂热法制备石墨型氮化碳及其降解苯酚研究

为有效地制备石墨型氮化碳(g-C_3N_4),对溶剂热法制备g-C_3N_4的影响因素进行了比较,并对g-C_3N_4降解苯酚的性能和机理做了初步研究。结果表明:反应物及溶剂种类对g-C_3N_4制备的影响较为明显;在以三聚氰氯和叠氮钠为反应物,以四氯化碳为溶剂,容积率为50%,以1.0℃·min^(-1)的升温速率将反应温度升至250℃,在水热合成釜中保温12h的工艺条件下,制备的g-C_3N_4晶型较好,在280~450nm范围内对紫外可见光的吸收较好,对苯酚的降解能力也较强,降解率达72.8%。该工艺具有潜在的应用价值。

石墨型碳氮聚合物纳米结构的研究进展

石墨型碳氮聚合物指的是主要由碳氮两种元素结合形成具有类石墨层状共轭结构的聚合物。由于具有类石墨的共轭平面结构,这类聚合物可形成各种纳米结构材料,如球状、管状、带状、薄膜以及介孔材料等。这些材料密度低、硬度高、化学惰性、生物相容性好等,同时具有光学和电学性质,因而在催化、生物技术、气体存储、超硬材料、光学和电子材料、金属防腐等方面具有广泛的应用。本文综述了石墨型碳氮聚合物的合成方法及其纳米结构制备的最新研究进展,讨论了材料制备条件对其结构、形貌及性能的影响。

银复合对石墨型氮化碳结构及光催化性能的影响

为了提高石墨型氮化碳(g-C_3N_4)的可见光催化性能,利用水热合成,通过片状g-C_3N_4自组装法制备了银复合的石墨型氮化碳材料,研究了不同硝酸银加入量对Ag/g-C_3N_4复合材料的结构与光催化性能的影响。采用紫外-可见(UV-Vis)分光光度计、X射线衍射光谱(XRD)、红外傅立叶变换光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构与性能进行表征。结果表明:所得复合材料由于g-C_3N_4自组装行为而形成球状结构,其球形的直径随着硝酸银加入量的增加而减小;与g-C_3N_4相比,复合材料具有高的催化性能,可能由于其银的均匀复合以及所形成的3维结构;而Ag(60)/g-C_3N_4表现出最高的催化活性,原因在于银离子浓度对制备的复合催化剂的光学性质、能带及结构的影响。

微波法和水热法合成石墨型氮化碳的比较研究

分别采用微波法和水热法合成石墨型氮化碳(g-C_3N_4),并从其结构、光学性能、稳定性及合成过程能耗等方面对2种合成方法进行了比较。结果表明,微波法合成的g-C_3N_4层状结构良好,C、N原子之比为0.751,热和化学溶剂稳定性良好,在400~550nm范围内对可见光有较强的吸收。与水热法相比,微波法合成工艺简单、省时、节能,更适于制备g-C_3N_4,具有潜在的应用价值。

反蛋白石结构石墨型氮化碳制备及光催化降解研究

采用液相沉积法制备了反蛋白石结构石墨型氮化碳光子晶体。其具有规则的面心立方体结构,孔径在190 nm左右。反蛋白石结构光子晶体的禁带散射效应和慢光效应强化了石墨型氮化碳的光吸收能力,与块状的石墨型氮化碳相比,其表现出更强的光催化降解能力。此外,反蛋白石结构石墨型氮化碳具有较强的再循环能力。

硝酸辅助合成氮缺陷石墨型氮化碳材料及光谱学分析

通过硝酸辅助高温缩聚三聚氰胺的方法合成了氮缺陷石墨型氮化碳(g-C3N4)光催化材料,并利用scanning electron microscope (SEM), brunauer emmett teller (BET), X射线衍射(X-ray diffraction, XRD), ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis), X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)和Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)等手段对其微观结构和光谱学特征进行了分析, SEM给出了氮化碳和改性材料的表面微观形貌,改性材料表现出了更小的孔径与更加粗糙类似于"矾花"状的表面,说明硝酸的加入显著改变了材料的表面结构。BET图谱可以明显看出硝酸辅助合成材料显示出了较大的比表面积和孔径。XRD图谱显示改性后的材料保持了氮化碳材料的一般结构特征,并且两个特征峰均发生了峰宽以及角度的变化,说明了酸辅助可以改变原材料的结构。从UV-Vis图谱中看出改性材料发生了明显的红移现象,说明材料对可见光的响应较原始氮化碳材料有一定增强。FTIR图谱显示改性后材料在保持原有材料基团的基础上碳氮单键以及氨基基团增多等变化。从XPS图谱中发现改性材料的结合能以及峰面积发生变化,由此得出N元素含量显著提高,推测由于三聚氰胺与硝酸产生部分反应后被高温焙烧引入硝酸中的氮元素。最后测试了材料在可见光和太阳光照射下的催化性能。结果表明,该方法不仅简单易行,硝酸消耗量低,而且合成的g-C3N4材料具有很好的多孔结构、更小的粒度和更高的比表面积等微观结构优势,以及增强的光吸收响应特征,更重要的是与由其他方法合成材料的碳氮(C/N)比上升不同,该方法合成的材料C/N比有明显的下降趋势,氨基基团也有增多的表现,这可能因硝酸与三聚氰胺在高温烧结过程中的化学反应所导致。可见光和太阳光照射催化降解罗丹明B(RhB)的试验结果表明,当硝酸用量为2 mL时g-C3N4材料的催化效果最佳,降解率均达到99%,分别是无硝酸条件下的2.8倍和2.5倍,并且材料的循环性降解测试表明材料的可回收性强。这种高效易得、方便工业化推广和可回收性强的g-C3N4材料为今后的实际应用提供了极好的参考。

硫酸胍制备多孔石墨型氮化碳及其光催化降解苯酚

为了增加比表面积和提高催化活性,一种无毒和易得的前驱体硫酸胍被首次用于制备石墨型氮化碳(g-C_3N_4)。用X射线粉末衍射、红外光谱、扫描电镜、透射电镜、N_2吸附-脱附、光电子能谱、紫外-可见光吸收光谱和荧光光谱对所得多孔g-C_3N_4进行表征。与由三聚氰胺为前驱体制备的体相g-C_3N_4相比,硫酸胍为前驱体制备的多孔g-C_3N_4具有更高的比表面积、发达的孔结构和较好的光电性能。以光催化降解苯酚为模型反应考察催化剂性能,结果表明,所得多孔g-C_3N_4的催化活性明显高于体相g-C_3N_4。优异的光催化性能和简单的合成方法使硫酸胍制备的多孔g-C_3N_4可广泛用于环境和能源领域。

乙二醛对石墨氮化碳结构与性能的影响

为了提高石墨氮化碳光催化降解水中污染物的能力,通过改变乙二醛加入量对三聚氰胺改性获得前驱体,采用热聚合法制备了碳和石墨型氮化碳的复合光催化剂C/g-C _(3)N _(4)(GCN-X,X为乙二醛加入量),研究乙二醛对C/g-C _(3)N _(4)结构和光催化性能的影响,以亚甲基蓝(MB)为目标污染物,考察了C/g-C _(3)N _(4)的光催化性能。结果表明,实验制备的C/g-C _(3)N _(4)相较于纯石墨氮化碳光催化性能均有所提高,其中GCN-0.5光催化性能最好,其降解速率常数为0.00782min-1,是纯石墨氮化碳的2.14倍。这可能由于前驱体中乙二醛与三聚氰胺发生反应,改变了三聚氰胺的结晶性,导致煅烧合成的C/g-C _(3)N _(4)中形成均匀分布的碳插层。碳插层形成了电子转移的中介,降低了电子和空穴的复合率,从而提高了瞬态响应光电流和电荷转移速率,提高了光催化效率。

Mo-g-C_(3)N_(4)制备与可见光催化性能

以三聚氰胺和四水合钼酸铵为前驱体,利用一锅法制备了不同钼掺杂浓度的石墨型氮化碳光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、荧光光谱(PL)、扫描电子显微镜(SEM)等测试技术对合成催化剂进行了表征,结果发现:钼掺杂的氮化碳光催化剂具有石墨型结构,Mo的引入扩展了氮化碳的光谱响应范围,降低了光生电子和空穴的复合速率。亚甲基蓝的可见光降解测试表明,钼掺杂的氮化碳光催化剂比纯氮化碳展现出更高的光催化活性,掺杂浓度0.7%光催化剂的反应速率常数为纯氮化碳的1.4倍;同时,研究了Mo掺杂g-C_(3)N_(4)光催化降解性能的影响因素。

氮化碳材料的光谱学分析及光催化性能研究

为克服光催化材料可见光利用效率低的缺陷,通过三聚氰胺高温缩聚的方法合成了石墨型氮化碳(g-C3N4)材料。采用XRD,SEM,UV-Vis技术对氮化碳材料的微观结构和光学性能进行了表征,并通过降解罗丹明B溶液研究了缩聚温度和不同光源对光催化效率的影响。结果表明,合成的氮化碳层片状结构保存良好,尽管材料表面在高温下断裂形成了不规则的块体颗粒;随着煅烧温度的升高,催化剂在紫外光和可见光部分的吸收都显著增强,这可能是由于材料表面的岩石状块体颗粒提高了材料的比表面积,同时降低了光的反射又提高了对光的吸收。在罗丹明B的光降解测试中,催化剂在可见光和太阳光照射下均表现出了良好的催化效果,缩聚温度为580℃时效果最好,分别为94.8%(60min)和91.1%(90min)。该方法制备的石墨型氮化碳催化剂对利用清洁能源进行环境净化应用具有极大的潜在价值。

铁掺杂氮化碳的制备及其光催化性能研究

采用硫酸亚铁和三聚氰胺为前驱体制备了不同铁掺杂量的石墨型氮化碳材料(Fe/g-C 3 N 4)。采用X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、电子扫描显微镜(SEM)等分析测试手段对制备的催化剂进行了表征.结果表明,铁掺杂改变了石墨型氮化碳(g-C 3 N 4)的光学性质。通过可见光催化降解亚甲基蓝(MB)的反应,研究了不同Fe掺杂量对g-C 3 N 4可见光催化性能的影响,结果表明,掺杂质量分数为0.5%的Fe/g-C 3 N 4光催化性能最佳;210 min内MB的降解率为35%,速率常数为0.00137 min-1,是纯石墨型氮化碳的1.8倍。

剥离方式对石墨型氮化碳光催化降解污染物性能的影响

通过热剥离(空气、氢气),超声剥离及硼氢化钠化学剥离的方式对体相石墨型氮化碳进行处理,制备了不同性能的薄层氮化碳。采用X射线衍射、X射线光电子能谱、Fourier变换红外光谱、固体紫外可见漫反射谱、氮气物理吸附等仪器对所制样品的结构和性能进行了表征,并考察了样品对水相有机污染物的光催化降解性能。结果表明:剥离方式对氮化碳的物化和光催化性能有较大的影响,在空气中剥离的氮化碳(g-CN_A)表现出最佳的光催化性能,40min时对盐酸四环素(TC)的降解率高达99.87%,且4次循环使用后仍具有良好的循环稳定性。捕获剂探究反应机理实验结果表明,超氧自由基(·O_(2)^(-))是该反应的主要活性物种。

高活性碳球修饰g-C_3N_4的制备及光催化性能

以葡萄糖为原料,采用水热法制备碳球,并采用湿化学法制备了碳球修饰的g-C_3N_4.其光催化降解2,4-二氯苯酚和光催化水产氢性能的测试结果表明,适量碳球的修饰可提高g-C_3N_4光催化降解2,4-二氯苯酚和光催化水产氢的活性.表面光电压谱、光致发光谱和光电化学测试结果表明,碳球修饰提高g-C_3N_4光催化活性的机制在于修饰在g-C_3N_4表面的碳球具有较好的导电性,可促进g-C_3N_4光生电子的转移,从而改善g-C_3N_4光生载流子的分离.

La掺杂g-C_(3)N_(4)光催化降解亚甲基蓝研究

以三聚氰胺和硝酸镧为原料合成了不同含镧量的La掺杂石墨型氮化碳(La/g-C_(3)N_(4)),采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对合成的催化剂进行了表征,结果表明:La掺杂可以抑制g-C_(3)N_(4)晶粒生长,改变催化剂的表面形貌,制约光生电子和空穴的复合。以亚甲基蓝的降解为例研究不同含镧量对g-C_(3)N_(4)在可见光下催化性能的影响,结果表明:0.5%La/g-C_(3)N_(4)展现出最佳的光催化性能,速率常数达到0.00169 min-1,是纯g-C_(3)N_(4)的1.6倍;同时,考察了催化剂用量、底物浓度、温度对催化剂光催化性能的影响。

S掺杂石墨型氮化碳的制备及光催化性能研究

以硫酸铵作为S源,三聚氰胺为前驱体,通过热缩合法合成掺杂S的石墨型氮化碳(g-C3N4).利用X射线衍射光谱、傅里叶变换红外光谱及荧光光谱等技术对所制备的催化剂进行表征.结果表明,S元素掺杂减弱了g-C3N4的有序度,降低电子与空穴的复合率.通过对亚甲基蓝溶液降解性能测试,探究了S掺杂对g-C3N4光催化性能的影响.实验表明,掺杂不同比例的S会促进g-C3N4对亚甲基蓝的降解,在可见光下7%的S/g-C3N4的反应速率常数是纯g-C3N4的2.4倍.

环境光催化剂改性及应用研究进展

碳酸氧铋和石墨型碳化氮(g-C_3N_4)作为近年报道的新型光催化材料受到研究者的广泛关注,介绍了碳酸氧铋和g-C_3N_4两种光催化剂的制备及改性方法;归纳了非金属元素掺杂碳酸氧铋、碳酸氧铋复合光催化剂、金属表面沉积碳酸氧铋材料的研究;总结了近年g-C_3N_4形貌调控,g-C_3N_4复合光催化剂,g-C_3N_4掺杂改性的研究;阐述了碳酸氧铋和g-C_3N_4光催化材料的发展趋势。

石榴状单质铋(Bi)球与g-C_3N_4复合材料表现出超强可见光氧化NO性能（英文）

采用一种原位合成工艺制备了具有类石榴结构的金属铋(Bi)单质修饰的g-C_3N_4复合材料(Bi-CN),并用于可见光氧化NO反应中.金属Bi单质镶嵌在CN层间形成的复合物,由于金属Bi单质显著的表面等离子体共振(SPR)作用可将光吸收范围由紫外光延展至近红外,极大地提高了复合物的光吸收.此外,由于Bi单质存在于复合物界面可产生内建莫特-肖特基效应,从而加快光生载流子的分离与转移.由此,Bi-CN复合物光催化剂展现出超强的光催化去除NO性能.我们提出了类石榴结构的形成以及相应的Bi-CN复合物光催化活性的提高机理.这不仅为高效的金属铋单质改性的g-C_3N_4基光催化剂提供了一种新的设计方案,也对g-C_3N_4基光催化的机制理解提出了新的见解.通过X射线衍射、红外光谱和X射线光电子能谱结果发现Bi是以金属单质的形式存在于Bi-CN复合物中,这得益于我们采用了二水合铋酸钠(NaBiO_3·2H_2O)作为铋前驱体,从而成功避免了氧化态铋的形成.Bi-CN复合物中金属铋单质的存在有诸多优点.首先,金属铋单质具有显著的表面SPR效应,它的引入可大大提高复合物的光吸收能力和太阳光利用率.有研究表明,直径为150-200 nm的铋球能够在紫外-可见漫反射图谱(UV-vis)在λ=500 nm处呈现出典型的SPR峰,但本样品在λ=200-800 nm区间内并未发现该SPR峰.由于铋单质的共振受限于其尺寸大小、颗粒形状和构造环境.本文中球形铋单质的直径约为1μm,其可能发生共振效应的峰位置应超过800 nm,因此未发现相应的SPR峰.其次,金属铋单质分散在CN层表面上构建的肖特基垫垒能够高效地阻止光生电子与空穴的复合,促进了光生载流子的分离与转移,从而提高光氧化NO进程.再者,金属铋单质的介入成功构造了Bi-CN异质结,在可见光照射下NO氧化反应中,Bi-CN复合物活性显著高于CN(22.2%)、CN-EG(36.4%)和Bi(14.1%),其中以10%Bi-CN活性最佳,NO去除率到70.4%,远远超过K插层的g-C_3N_4、Ag掺杂的g-C_3N_4和氧化石墨烯修饰的g-C_3N_4.当复合物中金属铋单质含量超过10%时,其活性明显下降.这是因为大量的金属铋单质积聚在Bi-CN复合物表面上而造成物理堵塞,妨碍了CN吸收可见光,从而降低了其可见光吸收能力;同时导致只会吸收更多的紫外光(λ<280 nm)而不是可见光,因而其可见光催化氧化NO能力下降.

Ag/Ag_3PO_4/g-C_3N_4三元复合光催化剂的制备及其可见光驱动下的光催化活性增强（英文）

报道了一种新型Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂的制备及其半导体界面处的快速载流子分离所引起的光催化活性的显著增强效应.通过X射线衍射,扫描电子显微镜,紫外-可见吸收光谱以及光致发光光谱等就其晶体结构、形貌、组分、光学吸收以及载流子的快速分离行为进行了表征与分析.以罗丹明B作为模型化合物分子,研究发现,所制备的Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂在可见光照射下表现出比Ag3PO4以及Ag3PO4/g-C3N4二元催化剂更为优异的光催化活性.研究认为,Ag3PO4表面尺寸约为40 nm的Ag纳米粒子在可见光下受激所产生的等离子表面共振效应以及Ag3PO4与g-C3N4界面处所形成的类似异质结结构对所制备的Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂光催化活性的显著增强起到重要作用.