石墨相碳化氮（g-C3N4）纳米材料在分析化学中的应用进展

石墨相碳化氮(g-C3N4)具有类似于石墨烯的片层结构,其独特的电子能带结构、热稳定性以及高化学稳定性,优异的光学、电学性质,使之在生物成像、光、电传感器方面具有广阔的应用前景。该文综述了g-C3N4纳米材料在电化学、光学分析等分离分析方面的应用进展,并展望了其发展前景。

硝酸改性石墨相碳化氮光催化降解偏二甲肼废水

以三聚氰胺为前驱体直接热聚合制备石墨相碳化氮(g-C_3N_4),利用浓硝酸进行刻蚀,获得硝酸改性g-C_3N_4。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、N_2吸附/脱附、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)进行表征,并在紫外光下进行了偏二甲肼废水降解实验。结果表明,硝酸改性后,g-C_3N_4微观形貌发生改变,比表面积明显增大。相比未改性g-C_3N_4,硝酸改性g-C_3N_4光反应100min后对偏二甲肼去除率提升了24百分点,光反应180min后对总有机碳去除率提升了13百分点。

基于石墨相碳化氮的光催化降解有机污染物研究进展

环境污染是目前人类面临的严重问题,半导体光催化技术是直接利用太阳能降解有机污染物的方法,有很大的应用潜力。然而大多数半导体光催化剂只能吸收紫外光,对太阳光利用率较低。石墨相碳化氮(g-C3N4)是一种新兴的半导体聚合物材料,无毒副作用、易于制备、能够吸收可见光,受到科研工作者的广泛关注。该文针对g-C3N4及其改性的g-C3N4光催化降解有机污染物应用进行总结和讨论,并对未来的研究方向进行展望。

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。

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。

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%。

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。

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。

铁/硫共掺杂的石墨相氮化碳及其光催化性能

文章以三聚氰胺、三聚硫氰酸和硝酸铁为原料,通过热聚合法制得铁/硫共掺杂的石墨相氮化碳(Fe/S-CN)催化剂。利用TEM、XRD、FT-IR、EIS等手段对聚合过程中间体和所得Fe/S-CN催化剂进行表征,结果表明三聚氰胺和三聚硫氰酸在热聚合过程中形成铁/硫掺杂的纳米薄层材料。以水中双酚A为目标污染物,考察Fe/S-CN的光催化性能,结果表明在模拟太阳光条件下,2%Fe/S-CN具有最好的污染物降解活性,光照3 h后20 mg/L双酚A的降解率可达92.8%,明显优于硫掺杂石墨相氮化碳和体相石墨相氮化碳。光电流和电化学阻抗的结果表明,铁/硫的掺杂提高了光生电子-空穴对的分离效率;EIS结果说明了金属修饰和非金属掺杂改善了载流子的传输性能,有利于载流子分离。自由基猝灭实验证实,光生空穴、单线态氧和超氧自由基是Fe/S-CN光催化双酚A氧化还原反应的主要活性物种。

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。

石墨相氮化碳阻燃应用研究进展阻燃应用研究进展

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))是一种可用于提升高分子材料防火阻燃性能的碳氮化合物。本文综述了基于g-C_(3)N_(4)的多种阻燃高分子体系(包括含金属元素的阻燃体系以及不含金属元素的阻燃体系),并对这些阻燃体系的阻燃机理以及g-C_(3)N_(4)在该阻燃体系中发挥的阻燃作用进行了分析。

锰(Mn)钴(Co)双金属负载石墨相氮化碳活化过硫酸盐用于非自由基主导的高级氧化(AOP)降解污染物研究

采用两步煅烧法成功制备了钴锰双金属氧化物负载的石墨相氮化碳(CMCN)。锰氧化物主要以Mn3O4和MnCO3形式存在,钴氧化物以CoO形式存在。由于g-C_(3)N_(4)的存在,金属Mn和Co都分布均匀没有出现团聚现象。XPS表征结果表明,Co和Mn都具有2个价态存在于CMCN中,并且保持了g-C_(3)N_(4)的结构单元。通过对罗丹明B降解评估催化剂CMCN的催化降解性能。结果表明,在Mn和Co的协同作用下,罗丹明B降解率在1 min可达到99%以上。电子顺磁共振和淬灭试验表明,非自由基氧化(1O2)在罗丹明B降解过程中占主导地位。

石墨相氮化碳二维纳米片载洋川芎内酯Ⅰ应用于缺血性脑卒中大鼠的治疗研究

目的:探讨石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))二维纳米片负载洋川芎内酯I(SEI)对缺血性脑卒中大鼠的治疗作用。方法:利用三聚氰胺通过热相反应生成层状g-C_(3)N_(4),热剥酸剥后得到薄层g-C_(3)N_(4)纳米片并进行表征;将SEI负载到g-C_(3)N_(4)纳米片上,通过紫外可见吸收光谱测定上清中的SEI,计算g-C_(3)N_(4)负载SEI质量比,测定SEI-g-C_(3)N_(4)复合纳米片在1 h、3 h、6 h、12 h、24 h和48 h的药物释放情况;SD大鼠大脑中动脉闭塞(MCAO)造模前48 h通过脑立体定位注射SEI-g-C_(3)N_(4)复合纳米片,造模后24 h进行神经行为学评分,评分结束后取材分别进行TTC染色、TUNEL染色和HE染色。结果:通过表征实验,制备的g-C_(3)N_(4)纳米片尺寸小(约100 nm)、比表面积大、分散性好、表面带正电荷(33.3 mV);紫外可见吸收光谱测定结果显示,g-C_(3)N_(4)已成功负载SEI,且SEI/g-C_(3)N_(4)质量比为15.06;药物释放结果显示,24 h时SEI的释放率接近50%;与sham组相比,MCAO组神经功能缺失评分显著升高(P<0.0001),表明造模成功;与MCAO组相比,MCAO+SEI组神经功能缺失评分减少(P>0.05),MCAO+SEI-g-C_(3)N_(4)组神经功能缺失评分减少(P<0.001);与MCAO+SEI组相比,MCAO+SEI-g-C_(3)N_(4)组神经功能缺失评分减少(P<0.01);TTC染色结果表明,与sham组相比,MCAO组的脑梗死面积显著增加(P<0.0001);与MCAO组相比,MCAO+SEI组梗死面积减少(P<0.0001),MCAO+SEI-g-C_(3)N_(4)组脑梗死面积显著减少(P<0.0001);与MCAO+SEI组相比,MCAO+SEI-g-C_(3)N_(4)组脑梗死面积减少(P<0.001);TUNEL染色结果表明,与sham组相比,MCAO组的凋亡率升高(P<0.0001),表明造模成功;与sham组相比,MCAO+SEI-g-C_(3)N_(4)组凋亡率升高(P>0.05);与MCAO组相比,MCAO+SEI-g-C_(3)N_(4)组凋亡率减少(P<0.001);体内生物安全性实验结果表明,与sham组相比,SEI组、SEI-g-C_(3)N_(4)组大鼠体重无统计学差异,且皮层脑组织结构和细胞形态无明显病理性变化。结论:成功制备了生物安全性较好的SEI-g-C_(3)N_(4)复合纳米片,且其能够减少MCAO大鼠的脑梗死面积,抑制细胞凋亡,减轻脑组织病理性变化,并且能改善大鼠的神经行为功能,表明SEI-g-C_(3)N_(4)复合纳米片可用于治疗缺血性脑卒中大鼠。