自组装超分子前驱体制备管状氮化碳及模拟太阳光光催化降解水中双氯芬酸

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4),GCN)作为一种新型无金属二维材料,因在可见光驱动下能够降解水中新有机污染物而备受关注.但传统石墨相氮化碳存在比表面积小与活性位点少的弊端,严重限制了其应用前景.为改良氮化碳性能,利用超分子自组装前驱体热聚合方法成功制备了微米级管状石墨相氮化碳(TCN),使用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等技术手段,对TCN的形貌、元素组成、晶体结构、电化学性能等进行表征.研究还选取双氯芬酸(DCF)作为目标污染物,探索其降解行为与机理.结果表明:①TCN基本结构单元为七嗪环,但比表面积(20.9 m^(2)/g)较GCN增加了1倍以上.②TCN(100)晶面暴露增强,晶面调控暴露出更多七嗪环边缘氮原子的孤对电子,利于光生电子激发和载流子分离,从而增强光催化活性.③TCN能带带隙为2.48 eV,小于GCN(2.69 eV),说明TCN对可见光的吸收能力提升.④莫特-肖特基曲线、光电流、阻抗谱图和扫描伏安谱图等电化学性能测试结果表明,TCN的光生电子转移效率大幅提升,有利于抑制光生空穴-电子对(h^(+)-e^(-))的复合.⑤TCN在模拟太阳光驱动下降解双氯芬酸(DCF)的动力学试验中准一级动力学常数(k_(1))达6.99×10^(-2) min^(-1),是GCN的5.5倍.⑥电子自旋共振谱(ESR)和自由基淬灭试验证实,体系中超氧根自由基(·O_(2)^(-))是最重要的活性氧物种,光生空穴(h^(+))也对DCF的降解有贡献.研究显示,以超分子自组装的方式制备石墨相氮化碳的前驱体将有助于促进氮化碳可见光吸收、加速载流子分离,并提升光催化活性.

TCN-TiO_(2)/Zn(CH_(3)COO)_(2)-ACF复合材料吸附耦合光催化降解烷烃类VOCs性能研究

采用Zn(CH_(3)COO)_(2)通过超声-真空浸渍法对活性炭纤维(ACF)进行改性,通过水热横向热剥离法制备了管状氮化碳(TCN),并将其与TiO_(2)复合并负载于改性ACF上制备成TCN-TiO_(2)/Zn(CH_(3)COO)_(2)-ACF复合材料。应用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、N_(2)吸附-脱附、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见分光光谱、光致发光光谱、光电流响应曲线对复合材料进行表征,并对复合材料催化正己烷降解的机理与降解率进行了研究。结果表明:光照条件下,TCN质量分数为4%的复合材料对正己烷的降解效果最好,其最佳的制备条件为负载2次、450℃下煅烧。采用此条件所制复合光催化剂,在体积空速为1000 h-1的条件下,质量浓度为200 mg/m^(3)的正己烷气体降解率可达到87.9%。采用Zn(CH_(3)COO)_(2)对ACF进行改性,使ACF吸附能力得到增强;TCN与TiO_(2)复合形成异质结,降低了电子-空穴复合率,从而提高复合光催化剂的吸附耦合光催化效率。

ZnO/g-C3N4光催化降解亚甲基蓝研究

本文以三聚氰胺为原料,采用水热法及高温煅烧制得管状g-C3N4,并以ZnSO4∙7H2O为前驱体用沉积沉淀法制得ZnO/g-C3N4复合材料。利用表征手段对所制备复合光催化剂的官能团、禁带宽度等进行表征。用LED光源模拟太阳光,将亚甲基蓝(MB)视为模拟污染物,采用紫外可见分光光度计,考察了ZnO/g-C3N4复合催化剂对亚甲基蓝(MB)的光催化降解能力。结果表明,复合催化剂中ZnO的含量为30%,回流时间为4 h,回流温度为120℃的条件下制备的复合光催化剂降解效果较好。其他条件相同,用0.1 g∙L−1十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂制备的复合光催化剂降解亚甲基蓝性能显著提高,在光催化反应100 min时可以达到67.53%。

CdS修饰的一维g-C_3N_4多孔纳米管在光催化降解污染物和产氢中的应用（英文）

利用太阳光在光催化材料作用下将低能量密度的太阳能转化成化学能储存在氢气和一氧化碳等清洁能源中,有利于能量的存储、运输和使用,具有广阔的前景.光催化技术的关键在于催化剂,以TiO2为代表的传统半导体光催化剂存在着电子与空穴复合率高、禁带宽度过大和无法吸收可见光等缺点,这些因素限制了其在光催化领域的进一步发展和应用.因此,寻找优秀的光催化材料是科研工作者的不懈追求.石墨相氮化碳是一种仅由C和N两种元素组成的有机半导体材料,具有良好的热稳定、耐腐蚀性和生物相容性,这些优点使得石墨相氮化碳在多个领域都极具应用前景.在光催化领域,石墨相氮化碳独特的电子结构、稳定的物理化学性质,以及其导带位置(约–1.12 eV)远小于氢离子的还原电势(0 eV),使其能够很好地应用于光解化降解污染物和光解水产氢.目前,石墨相氮化碳光催化技术的研究重点在于如何解决石墨相氮化碳比表面积过小和光量子效率低的问题.针对这些问题,我们对石墨相氮化碳光催化材料的结构进行了设计,构建出Cd S修饰的一维g-C_3N_4多孔纳米管.以三聚氰胺为原料,通过质子化处理,得到表面光滑、质地均匀、拥有超高长径比的三聚氰胺纳米纤维(MNFs),然后对其进行煅烧处理得到多孔纳米管状g-C_3N_4催化剂.随后,在纳米管的基础上通过水热法与Cd S颗粒复合,成功制备出多孔管状g-C_3N_4/CdS复合异质结型催化剂.利用多种表征手段对所合成的新型光催化剂的形貌、结构、光学性质及光电性质进行了表征,并评估了其光催化降解罗丹明B和光解水产氢性能,考察了催化剂的循环利用及稳定性.SEM和TEM结果表明,管状的石墨相氮化碳拥有丰富的孔道结构,其增大的比表面积有利于暴露更多的活性位点,从而提高了光催化性能.光催化降解罗丹明B实验表明,多孔管状g-C_3N_4的催化性能较体相g-C_3N_4有明显提高.当管状g-C_3N_4与适量Cd S复合形成异质结型光催化剂时,光催化效果得到进一步提升,其中当Cd S负载量为10mol%时,复合物的催化效果最好,在60 min内可完全降解罗丹明B.在光催化分解水产氢实验中, 5 h内管状g-C_3N_4/CdS复合物产氢量高达362.7μmol,分别是体相g-C_3N_4的16.3倍和管状g-C_3N_4的4.6倍.