基于原位光辐照X射线光电子能谱(ISI-XPS)技术的光催化材料石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))研究

原位光辐照X射线光电子能谱(ISI-XPS)技术用于非氧化物光催化材料g-C_(3)N_(4)分析时,由于光辐照对结合能位移影响很小而常被忽略其光照过程中的结构变化。采用自行搭建的原位光辐照XPS装置进行测试发现,相比于波长405 nm的辐照光源,波长375 nm的光源(辐照光源功率大于15 mW)辐照g-C_(3)N_(4)材料15 min,g-C_(3)N_(4)共轭结构中C和N的XPS信号相对强度均出现明显变化,这归因于光辐照诱导电子转移而导致其化学结构发生改变,为光催化机理研究提供了补充证据。同时经过实验验证,紫外光辐照后,g-C_(3)N_(4)材料表面由于能量注入引起温度升高,表面吸附的污染碳出现一定程度的减少。

Ce/石墨相氮化碳/量子点氮化碳硼的制备及其光催化降解四环素的性能研究

采用高温煅烧、原位沉淀法设计并制备了光催化复合材料Ce/石墨相氮化碳/量子点氮化碳硼(CeCNB),对材料形貌结构进行了表征,并用于光催化降解四环素(TC),同时考察量子点氮化碳硼(CBNQDs)加入量、pH和共存离子的影响。结果表明:当CBNQDs溶液体积为2 mL、pH为7.0时,CeCNB光催化降解TC的去除率达到93%。5次循环实验表明CeCNB稳定性优异。通过机理分析和密度泛函理论(DFT)计算,CeCNB的优异光催化性能主要归因于Ce的f轨道电子增强光吸收、易于形成Ce^(4+)/Ce^(3+)氧化还原组、CBNQDs中存在负电荷官能团。

钨酸铋量子点和纳米片修饰石墨相氮化碳复合催化剂的制备及其可见光催化活性增强

利用超声-水热法、使用油酸钠辅助合成钨酸铋(Bi2WO6)量子点/纳米片修饰的石墨相氮化碳(g-C3N4)(Bi2WO6/g-C3N4)复合光催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、N2吸附-脱附等技术手段获得Bi2WO6/g-C3N4催化剂的组成、结构和光吸收性能,分析合成机理。以罗丹明B(RhB)水溶液为模拟污染物,考察Bi2WO6/g-C3N4复合催化剂的可见光催化活性。结果表明:g-C3N4和Bi2WO6的质量比为3∶7的Bi2WO6/g-C3N4-30具有最有效的异质界面,电化学阻抗和光电流测试结果显示该催化剂的光生载流子传输速率快、复合率低,可见光照射120 min对RhB的降解率达到95.8%;通过活性物质捕捉实验获知光生空穴是光催化反应中的主要活性物质,分析异质界面对光催化活性的影响,进而提出光催化反应机理。

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。

硫化锌量子点/类石墨相氮化碳异质结的制备及应用

采用溶剂热法合成了硫化锌量子点,并成功地与类石墨相氮化碳复合制备了硫化锌量子点/类石墨相氮化碳异质结光电催化剂.通过X射线衍射仪、电子能谱仪、X射线光电子能谱仪、透射电子显微镜、紫外可见分光光度计等仪器分别对样品的结构、组成、形貌、光学性能、电学性能进行了表征分析.结果表明:质量比为1∶9硫化锌量子点/类石墨相氮化碳的光催化活性最高,对罗丹明B的降解速率为0.802 4 h-1;在2.5 h时降解率为86.7%,较纯的类石墨相氮化碳降解率提高了45%.同时探究了不同复合方法对复合材料光电催化活性的影响,结果显示,搅拌复合制备的样品光电催化活性明显高于研磨煅烧制备得到的样品.

改性石墨相氮化碳结构与性能的影响

目的为了提高石墨相氮化碳的光催化降解污染物的能力。方法通过水热的方法用间苯二甲酸对双氰胺进行改性,研究不同间苯二甲酸添加量对降解性能的影响。结果结果表明,经过间苯二甲酸改性的石墨相氮化碳光催化效率相较于纯石墨相氮化碳有明显提高,其降解速率常数为0.0736min-1,为石墨相氮化碳的1.68倍。间苯二甲酸的添加会与双氰胺之间形成相互作用,这种相互作用会抑制和促进部分晶面的生长,并在煅烧过程中使三-s-三嗪环结构增多,使改性石墨相氮化碳结构更加松散,层间距增大,更多碳插入片层中。致使的瞬态光电流更大,转移电子更快,从而最终光催化性能得到提高。结论研究结果对于增强光催化降解污染物提供了另一种思路。

类石墨相氮化碳量子点(g-CNQDs)用于水质中三硝基苯酚的检测

基于类石墨相氮化碳量子点（g-CNQDs）建立了一种高效、灵敏、简单的荧光化学传感器用于检测水相中的三硝基苯酚（TNP）。g-CNQDs是一种新型纳米半导体材料,具有很好的水溶性、生物相容性、环境友好、良好荧光特性,无毒性,通过简单的固相反应法,制备了g-CNQDs材料,探讨了g-CNQDs与TNP之间的相互作用（如π-π共轭作用、氢键相互作用和静电作用）引起的g-CNQDs荧光猝灭过程。此荧光传感器响应速度快,对TNP具有良好的选择性。实验结果表明,本方法在0.1~100 nmol/L和0.1~100μmol/L的浓度范围内呈现良好的线性关系,检出限为0.05 nmol/L（S/N=3）。g-CNQDs材料在化学传感器方面有很好的应用前景,利用此荧光传感器对实际水样中的TNP进行了检测,为监测水环境中TNP提供了新方法。

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。

基于碳量子点/羧基化石墨相氮化碳复合材料的电化学发光适体传感器检测牛奶中林可霉素

目的 构建一种高灵敏的核酸电化学发光(electrochemiluminescence,ECL)适体传感器检测牛奶中的林可霉素(lincomycin, LIN)残留。方法 以壳聚糖为交联剂,在玻碳电极(glassy carbon electrode, GCE)表面固定羧基化石墨相氮化碳(carboxylated functionalized graphite-like carbon nitride,C-g-C_(3)N_(4))和碳量子点(carbon quantum dots,CQDs),制得CQDs/C-g-C_(3)N_(4)/GCE。电极活化后,将LIN的适配体(Apt-DNA)和二茂铁标记的DNA (Fc-DNA)修饰至电极表面,构建新型的电化学发光适体传感界面。采用循环伏安和交流阻抗对传感器的构建过程及电化学性能进行考察,同时对传感器的电化学发光行为进行分析,并应用于牛奶中LIN的检测。结果 CQDs和C-g-C_(3)N_(4)之间能产生强烈的协同效应,复合材料不仅能提供大量的活性催化位点,而且能促进S_(2)O_(8)^(2-)还原成大量的SO_(4)^(·-), CQDs/C-g-C_(3)N_(4)复合材料修饰电极的发光信号达13606 a.u.,分别是CQDs/GCE和C-g-C_(3)N_(4)/GCE发光信号的24.2和5.6倍。当LIN不存在时,由于二茂铁的猝灭作用,Fc-DNA/Apt-DNA/CQDs/C-g-C_(3)N_(4)/GCE产生较弱的发光信号;当适体传感器经LIN培育后,由于Apt-DNA与LIN的高特异性结合,导致部分Fc-DNA从电极表面脱落,发光信号恢复。在最佳条件下,电化学发光强度与LIN质量浓度对数在0.10 ng/mL~100.00μg/mL范围内呈现良好的线性关系,检出限为0.03 ng/mL (S/N=3)。传感器对LIN具有良好的特异性识别能力,应用于牛奶中LIN的检测,加标回收率为93.5%~104.0%,相对标准偏差为2.9%~4.1%。结论 制备的Fc-DNA/Apt-DNA/CQDs/C-g-C_(3)N_(4)/GCE适体传感界面可用于牛奶中LIN残留的高灵敏检测。

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。

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。

水泥基硼掺杂石墨相氮化碳降解NO

通过对石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))和氧化硼(B_(2)O_(3))进行高温煅烧制备硼元素掺杂改性石墨相氮化碳(BCN),对其微观结构、形貌和光学特性进行表征。再以多孔水泥混凝土为光催化剂载体,研究掺杂g-C_(3)N_(4)和BCN的水泥基材料的力学性能和光催化降解NO性能。结果表明,B元素的引入会增大g-C_(3)N_(4)比表面积,改善水泥基材料对可见光的吸收,对NO的降解率达到40.7%。当掺杂BCN的质量分数达到水泥的6%时,水泥混凝土的7d抗压强度和28d抗压强度均达到最佳,分别为8.25MPa和14.4MPa;在可见光照射条件下,7d和28d光催化降解性能均达到最佳,分别为47%和63%。

石墨相氮化碳/壳聚糖复合材料对水中U(Ⅵ)的吸附性能与机理

针对核能发展与应用过程中产生的含铀废水所导致的环境铀污染难题,通过共混交联法将石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))负载在壳聚糖(CS)上,制备了复合材料-石墨相氮化碳/壳聚糖(g-C_(3)N_(4)/CS),用来吸附水溶液中的U(Ⅵ)。对g-C_(3)N_(4)/CS的表面性质和作用机制进行了分析。结果表明:g-C_(3)N_(4)/CS投加量为0.2 g/L,g-C_(3)N_(4)质量分数为20%,吸附时间为120 min,温度为308 K,pH=6条件下,g-C_(3)N_(4)/CS对U(Ⅵ)的最大吸附量达到324.45 mg/g。Langmuir等温模型和准二级动力学模型符合该吸附过程,是一个自发吸热过程。g-C_(3)N_(4)/CS对U(Ⅵ)的吸附机理主要为—NH,—OH,C—O,C=O,C—N等官能团与U(Ⅵ)发生的配位络合。g-C_(3)N_(4)/CS在循环再生实验中显示出良好的重复利用性。

金属掺杂石墨相氮化碳复合膜的制备及其光催化性能研究

通过简单的高温工艺合成了金属掺杂(Cu、Mg、Al、Ca)g-C_(3)N_(4),再将一维材料纳米纤维素(CNF-C)插入二维材料g-C_(3)N_(4)中,采用真空辅助抽滤法制备得到光催化复合膜,通过XRD、SEM、FT-IR、UV-Vis DRS对所制备的g-C_(3)N_(4)/CNF-C复合膜的微观结构、化学组成和理化性质进行表征。结果表明,金属掺杂光催化剂的可见光催化活性得到改善,有利于污染物降解,减少了带隙,延长了可见光吸收;掺杂Cu的g-C_(3)N_(4)制备的复合膜对罗丹明B染料的降解表现出最高的光催化性能,7 h降解率达42.6%;掺杂Mg的g-C_(3)N_(4)的复合膜水通量约为未掺杂g-C_(3)N_(4)的3倍,达到了918.63 L/(h·m^(2)·bar)。

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。

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。

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。

铜纳米粒子负载的石墨相氮化碳的制备及其光催化还原铀

采用熔盐法和化学还原法分别制备了高分散性石墨相氮化碳(WSGCN)和铜纳米粒子负载的高分散性石墨相氮化碳(Cu-WSGCN)复合材料。使用傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱、透射电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱、光致发光光谱等表征方法,分析光催化剂的化学结构及光电性能。结果表明,与WSGCN相比,Cu-WSGCN复合材料的光吸收范围更大,带隙更窄;铜纳米粒子与WSGCN界面存在肖特基势垒,促进了电荷的传递和光生载流子的分离,从而提高了光催化能力。当铜纳米粒子质量分数为1%时,Cu-WSGCN复合材料的铀去除率最高,为81.07%。经过三次光催化还原铀循环实验后,1%Cu-WSGCN对铀的去除率仍然可以达到75.96%。本项研究为开发高效光催化去除铀的新型材料提供了有益的参考。