氧化锌/石墨相氮化碳复合材料的制备及其光催化研究进展

光催化是一种环境友好型技术,能够有效解决环境污染和能源短缺问题,具有广阔的应用前景。其基本原理是半导体催化剂在光照条件下产生具有强氧化还原能力的活性物种,这些活性物种可用来净化污染物、制备氢气、碳还原等。氧化锌/石墨相氮化碳(ZnO/g-C_(3)N_(4))复合材料具有新颖的结构,以及优良的导电、防光腐蚀等性能,一直是光催化领域的关注热点。ZnO/g-C_(3)N_(4)能有效提高光生载流子的分离效率和可见光利用率,从而提高其光催化性能。主要介绍了ZnO/g-C_(3)N_(4)复合材料的发展现状、制备方法,以及该复合材料在光催化降解污染物、抗菌、析氢、CO_(2)还原等领域的应用,并对未来研究方向进行了展望。

石墨相氮化碳复合材料催化分解水产氢研究进展

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))具有特殊的能带结构和稳定的物理化学性能,可通过光照分解水产氢,但由于光生电子-空穴复合严重以及禁带宽度限制等问题,对于光的利用非常有限。将g-C_(3)N_(4)与其他光催化材料复合,可以降低电子-空穴的复合率并且拓宽吸收范围,从而提高光催化活性。介绍了g-C_(3)N_(4)复合材料的光催化产氢机理,综述了g-C_(3)N_(4)复合材料的制备方法及产氢性能,展望了未来g-C_(3)N_(4)复合材料的发展方向。

石墨相氮化碳在聚合物电解质膜中的研究进展

燃料电池因具有能源转换效率高、近零污染、低噪音等优点受到广泛关注。聚合物电解质膜作为燃料电池的重要组成部件之一,其性能优劣决定了电池的实际表现。为解决聚合物电解质膜在稳定性及离子传导率方面存在的不足,无机纳米材料掺杂作为常规的改性手段应用到聚合物电解质膜材料中。近年来,石墨相氮化碳(g-C_(3)N_4)因其独特的结构特征和优秀的物化性能,被广泛应用于聚合物电解质膜材料的制备和改性。本文主要综述了g-C_(3)N_4的结构和性质,总结了g-C_(3)N_4基复合膜的制备方法,重点对目前g-C_(3)N_4在聚合物电解质膜中的研究和应用情况进行了综述,展示了其在聚合物电解质膜改性方面的重要成果,并对其在该领域未来的发展做出展望。

B和P共掺杂石墨相氮化碳的制备及其光催化性能研究

以尿素和二氰胺为前驱体,B_(2)O_(3)为B源,(NH_(4))_(2)HPO_(4)为P源,采用热缩聚法合成了B和P共掺杂石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4)),考察了硼磷掺杂对g-C_(3)N_(4)结构和光催化性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、BET比表面积、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光(UV-Vis)等手段对样品进行了表征和分析,考察了其可见光下光催化降解亚甲基蓝染料的性能。结果表明:当B_(2)O_(3)掺入量为0.15g,(NH_(4))_(2)HPO_(4)掺入量为1%时,CNBP1%的光催化性能最优。这主要归因于B、P元素的电负性差异有助于强化氮化碳中内建电场强度进而促进光生电子和空穴的有效分离。相比纯CN,CNBP1%表现出松散的片状多孔结构,更窄的禁带宽度和更强的可见光吸收能力。

壳聚糖改性石墨相氮化碳/环氧树脂复合涂层的制备及防腐性能研究

目的为了保证水性环氧树脂(EP)涂层的绿色、环保及高效防腐性能。通过将二维纳米材料石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))与天然高分子壳聚糖(CS)功能化复合来制备一种新型绿色环氧树脂复合涂层体系,并研究不同g-C_(3)N_(4)@CS添加量对环氧树脂复合涂层耐蚀性的影响。方法将尿素高温煅烧得到g-C_(3)N_(4),加入壳聚糖悬浮液中进行改性处理,并掺杂进环氧树脂中进而得到新型环氧树脂复合体系(EP/g-C_(3)N_(4)@CS)。利用傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)及透射电子显微镜(TEM)对g-C_(3)N_(4)和g-C_(3)N_(4)@CS复合材料的结构及微观形貌进行表征。并通过电化学手段及长周期浸泡实验对涂层体系的防腐性能进行测试。结合涂层附着力测试判断涂层与基体之间的黏合程度。结果g-C_(3)N_(4)@CS可以被成功复合到环氧树脂涂层中,且CS中丰富的含氧官能团显著提高了g-C_(3)N_(4)在环氧树脂中的分散性和界面相容性。涂层电化学耐蚀性测试结果表明,EP/g-C_(3)N_(4)@CS-1.0%(质量分数)涂层体系在浸泡30 d后的涂层电阻(R_(c))值最大,在浸泡30 d后仍能达到1.11×10^(7)Ω,EP/g-C_(3)N_(4)@CS-1.0%(质量分数)涂层体系耐蚀性最高。此外,g-C_(3)N_(4)@CS可显著提升EP涂层的附着力,且EP/g-C_(3)N_(4)@CS-1.0%(质量分数)涂层附着力最大。长期浸泡实验测试结果也表明,EP/g-C_(3)N_(4)@CS-1.0%(质量分数)涂层体系具有最佳的耐蚀性,在浸泡30 d后表面膜层仍较为均匀平整。结论EP/g-C_(3)N_(4)@CS-1.0%(质量分数)涂层体系形成的均匀完整复合膜可以有效屏蔽腐蚀性离子的迁移进程,具有最佳耐蚀性能。

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。

石墨相氮化碳在光催化苯甲醛氧化耦合制氢领域的研究进展

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))是一类非金属聚合物半导体材料,具有良好的可见光响应、优异的化学稳定性和可调节的能带结构,在光催化分解水制氢、空气净化、环境修复等领域有着广阔的应用前景.目前,g-C_(3)N_(4)光催化分解水的研究主要聚焦析氢半反应,而牺牲试剂的氧化反应以及光生空穴则未被加以利用.光催化苯甲醇氧化反应具有较高的选择性,在光催化制氢的同时还能够获得苯甲醛.我们结合最新国内外研究成果,系统地综述了g-C_(3)N_(4)在光催化苯甲醇氧化耦合制氢方面的应用,从分子改性、显微结构及缺陷调控、非金属元素掺杂、金属负载和复合材料设计等5个方面介绍了g-C_(3)N_(4)光催化苯甲醇氧化提升性能的研究策略.重点总结了g-C_(3)N_(4)的结构和光生载流子分离效率对催化性能的影响,并对g-C_(3)N_(4)光催化苯甲醛氧化耦合制氢的后续发展进行了展望.

石墨相氮化碳基核壳异质结光催化材料的构筑及性能

光催化技术是解决能源危机和环境污染的有效途径,石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))被认为是一种有前途的光催化材料,但高载流子复合率严重限制了其光催化活性,通过构建核壳结构形成紧密且大面积接触的异质结,可有效促进光生载流子的分离效率。基于此,研究核壳结构的g-C_(3)N_(4)基异质结成为热点,通过介绍核壳结构的主要功能及核壳结构材料的应用,阐述g-C_(3)N_(4)基核壳异质结光催化剂的性能和优势,重点讨论g-C_(3)N_(4)基核壳异质结的构筑策略,包括水/溶剂热法、超声辅助自组装法、热处理法,并归纳总结合成过程中g-C_(3)N_(4)的生长机制,分析g-C_(3)N_(4)基核壳异质结光催化材料面临的挑战及未来发展方向,旨在为新型高效g-C_(3)N_(4)基核壳异质结光催化材料的设计与开发提供有益参考。

石墨相氮化碳在玉米赤霉烯酮降解中的应用

采用传统的热裂解法合成了光催化材料——石墨相氮化碳(g-C3N4),研究了其对玉米赤霉烯酮(ZEN)的降解效率。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)对g-C3N4结构进行了解析。光催化降解实验表明,在紫外光(254 nm,包括185 nm)下,g-C3N4可诱导光催化效应,释放活性氧自由基,降解ZEN。对ZEN光催化降解的实验条件进行了探索。结果表明,当光催化材料的质量为20mg,紫外灯的波长为254nm(功率为50W),初始浓度为0.5μg/mL,照射时间为60 min时,ZEN的降解率为96.0%。同时,对ZEN粉末样品的光催化降解实验条件进行了优化。结果表明,当光催化材料的质量为800mg、紫外灯的波长为254 nm(功率为50 W)、照射时间为50 min时,ZEN的降解率为80.0%。该结果为光催化降解ZEN提供了理论参考和实践依据。

石墨相氮化碳降解水中氨氮

利用石墨相氮化碳降解水中氨氮,并对该材料降解氨氮的效果进行考察。探究了在氙灯照射下,不同初始pH以及不同初始氨氮含量条件下对氨氮降解的影响。结果表明:在氙灯照射下,当初始pH=12,初始氨氮含量为7.5μg时,石墨相氮化碳对氨氮具有良好的降解效果;当初始pH=13时,控制初始氨氮含量为7.5μg,光催化2 h后,氨氮去除率为95.68%。采用伪一级动力学模型进行研究,石墨相氮化碳在碱性条件下对氨氮有良好的降解速率,可能归因于随着初始pH的增大,溶液中存在更多的OH-和·OH,从而增强光催化效果。

石墨相氮化碳负载钴的制备及其可见光催化性能

使用金属负载的方式对石墨相氮化碳进行改性,得到石墨相氮化碳负载钴光催化剂(Co/g-C_(3)N_(4))。采用电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、紫外可见漫反射光谱、光致发光光谱以及光电化学测试对制备的催化剂进行了表征。通过光催化评价系统探究了Co/g-C_(3)N_(4)光催化降解盐酸四环素(TC)的效果,以及不同催化剂投入量、污染物浓度等因素对Co/g-C_(3)N_(4)光催化降解TC的影响及机理。结果表明,钴金属的负载使得石墨相氮化碳电子-空穴对的分离效率进一步提高,催化剂的光催化活性得到改善,且钴负载后的石墨相氮化碳的晶体结构与表面形貌并未发生改变;1%Co/g-C_(3)N_(4)在120 min内可见光下对TC去除率可达95.68%,TC去除速率是纯g-C_(3)N_(4)催化下的2.3倍,5次催化循环后对TC的光催化降解效率仍保持在80%以上,有着良好的稳定性和可回收性;光催化反应中空穴和羟基自由基为主要活性物质。

四氧化三钴/石墨相氮化碳复合光催化剂的研究进展

四氧化三钴(Co_(3)O_(4))和石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))是近年来被广泛研究的光催化材料,将Co_(3)O_(4)和g-C_(3)N_(4)复合可以实现光生载流子的有效分离和迁移、促进协同作用,从而获得高效的Co_(3)O_(4)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂。综述了国内外Co_(3)O_(4)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂的制备方法及其应用研究进展,并探讨了其光催化机理,为Co_(3)O_(4)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂的开发和应用研究提供了参考。

氮掺杂空心碳纳米球嵌入氮掺杂石墨烯负载钯纳米粒子作为甲酸氧化的高效电催化剂

低成本、高活性、耐久性好的高效电催化剂对直接甲酸燃料电池的应用起着至关重要的作用。本文采用简单经济的方法,研究了以三维层状多孔结构嵌入氮掺杂石墨烯(NG)的氮掺杂空心碳纳米球(NHCN)负载Pd纳米粒子作为直接甲酸燃料电池催化剂。由于具有独特的氮原子掺杂三维互联层状多孔结构,Pd纳米颗粒尺寸较小的Pd/NHCN@NG催化剂具有较大的催化活性表面积、优越的电催化活性、较高的稳态电流密度和较强的抗CO中毒能力,明显超过传统的Pd/C、Pd/NG和Pd/NHCN催化剂对甲酸电氧化的催化性能。通过优化HCN/GO比,当HCN/GO质量比为1∶1时,Pd/NHCN@NG催化剂对甲酸的催化氧化性能最佳,其活性是Pd/C的4.21倍。本工作开发了一种优越的碳基电催化剂载体材料,为燃料电池的发展带来了广阔的应用前景。

石墨相氮化碳的单金属掺杂改性研究进展

聚合物半导体石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))作为一种可见光敏感无金属光催化剂,具有合适的带隙能量和导带、价带位置,广泛应用于光解水、污染物降解等领域,但光催化活性仍受一定限制。带隙调控是改性的主要策略之一,其中,金属掺杂可大幅降低带隙能量,改善导带和价带位置,获得更好的电荷分离/转移效率,提高g-C_(3)N_(4)对可见光的吸收能力,增强光催化活性。综述了近年来g-C_(3)N_(4)单一金属掺杂改性的研究,主要包括贵金属、碱金属和过渡金属掺杂等,提出了单一金属掺杂存在的问题,并对未来发展方向进行了展望。

石墨相氮化碳量子点的合成及在分析检测中的应用进展

作为一种非金属材料,石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))具有成本低、稳定性好、可修饰性强等优点,在光催化领域备受关注。与体相g-C_(3)N_(4)不同,零维结构的石墨相氮化碳量子点(CNQDs)不仅保留了g-C_(3)N_(4)的优点,还具有独特的量子限域效应和特殊的光电效应及良好的生物相容性,在化学检测、光电器材及生物医药等方面表现突出。系统介绍了CNQDs的主要制备方法,包括超声法、水热法、微波辅助溶剂热法、固相法、准化学气相沉积法等;基于CNQDs独特的荧光特性,重点介绍了CNQDs在Fe^(3+)/Fe^(2+)、Hg^(2+)等金属离子,Cl^(-),F^(-),I^(-),NO_(2)^(-)等阴离子,酚类、三聚氰胺等有机化合物及胆固醇、抗坏血酸、谷胱甘肽、核黄素等各类生物医药试剂的检测;最后,分析了CNQDs在检测领域目前面临的主要问题,并对将来的发展趋势进行了展望。

石墨相氮化碳纳米片光催化氧化降解水中污染物的研究进展

水中难降解污染物是废水处理中的一大难题。光催化氧化技术是一种有效的废水处理技术,能将大部分有机污染物降解为小分子物质。综述了光催化剂g-C_(3)N_(4)的制备和改性,将其制备为二维纳米片,并在光和过硫酸盐联合作用下降解水中难降解污染物,取得可观的效果。

超分散钴修饰多孔石墨相氮化碳光催化处理水中双酚A

本文通过一步热聚合法,以尿素和乙酰丙酮钴为前驱体,设计和制备了钴物种修饰的多孔石墨相氮化碳光催化剂(xCoCN).利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、BET比表面积测试、电化学阻抗(EIS)、紫外可见漫反射(UV-vis DRS)等手段对所得xCoCN催化剂进行表征分析,并以水中双酚A(BPA)为目标污染物,考察了xCoCN的光催化活性以及pH、催化剂用量、BPA浓度等实验条件对催化性能的影响.通过活性物种捕获实验探究反应机制,实验结果表明,在模拟太阳光照射下,5CoCN用量为0.4 g·L^(−1)时,3 h内对15 mg·L^(−1)双酚A的光催化降解率达86.6%,通过活性物种捕获实验确定了空穴和超氧自由基为主要的活性物种.xCoCN光催化活性较CN有明显提升,这归因于钴物种的引入在CN表面提供了更多的活性位点,提高了电子空穴对的分离效率.

Ag-P共掺杂石墨相氮化碳及其可见光降解性能研究

以硝酸银为银源、次磷酸钠为磷源、双氢胺为氮化碳前驱体,制备了磷银共掺杂氮化碳(P/Ag-CN)。通过X射线衍射、扫描电镜(SEM)、紫外-可见光分光光度计、荧光光谱、BET对样品进行了结构表征,通过光催化降解亚甲基蓝对其进行了光催化性能分析。结果表明:通过元素掺杂有效地改善了直接热缩聚法所得氮化碳比表面积小、光生电子-空穴复合率高的缺陷。与纯g-C3N4相比,P/Ag-CN的形貌由紧密堆积的层状结构转变为类似棉花糖的疏松结构,同时展示出更高的比表面积和更优异的光催化性能。当Ag掺杂量为2.5%、P掺杂量为3.0%时,银磷共掺杂g-C3N4的光催化性能最优,可达90.02%,其一阶反应速率常数分别是同等掺杂量时单掺杂样品的5.6倍和3.5倍,是纯g-C_(3)N_(4)的7.62倍。

石墨相氮化碳量子点的合成与改性及其在光催化中的应用进展

石墨相氮化碳量子点作为众多氮化碳的一员,由于其优异的光学性质,在光催化、生物技术应用以及光电器件展现出巨大的应用潜力。特别是它有可调谐的光致发光和上转化发光,这为充分利用太阳光提供了有力保障,促进了其在光催化领域的具体应用。目前,关于氮化碳量子点的综述比较少,而且集中在具体应用上,综述了量子点的合成、光学性质、改性以及在光催化氧化与还原的应用,并提出了石墨相氮化碳量子点基光催化剂的展望。