Preparation and Photocatalytic Performance of Double-Shelled Hollow W_(18)O_(49)@C_(3)N_(4)@Ti_(3)C_(2)Microspheres

C_(3)N_(4),C_(3)N_(4)@Ti_(3)C_(2)and W_(18)O_(49)@C_(3)N_(4)@Ti_(3)C_(2)hollow spheres were successfully prepared by using SiO_(2)template followed by gradual deposition method.The degradation of phenol solution and photolysis ability were tested to characterize its photocatalytic activity.Compared with the single-shelled C_(3)N_(4)and C_(3)N_(4)@Ti_(3)C_(2)hollow spheres,double-shelled W_(18)O_(49)@C_(3)N_(4)@Ti_(3)C_(2)hollow spheres possessed larger surface area and fast charge separation efficiency,exhibiting about 8.9 times and 4.0 times higher H_(2)evolution than those of C_(3)N_(4),C_(3)N_(4)@Ti_(3)C_(2)hollow spheres,respectively.The photocatalytic mechanism of the W_(18)O_(49)@C_(3)N_(4)@Ti_(3)C_(2)hollow spheres were carefully investigated according to the results of morphology design and photoelectric performance.A Z scheme mechanism based on the construction of heterojunctions was proposed to explain the improvement of photocatalytic performance.This new charge transfer mechanism appears to greatly inhibit the recombination of electrons/holes during the charge transfer process,while maintaining its strong hydrogen reduction ability,resulting in a higher photocatalytic performance.

g-C_(3)N_(4)基材料光催化产H_(2)O_(2)研究进展

开发节能环保的新型H_(2)O_(2)合成技术对解决蒽醌法存在的能耗高、污染重等问题具有重要意义,而基于半导体材料光催化水和氧气反应生成H_(2)O_(2)的方式被视为实现这一目标的潜在途径.本文从光催化产H_(2)O_(2)的基本原理出发,系统介绍了影响光催化材料产H_(2)O_(2)效率的因素及评价产H_(2)O_(2)性能的指标,并以g-C_(3)N_(4)为例重点解析了构建异质结、修饰基团、空间结构调控、掺杂元素以及制造缺陷等对提升光催化材料氧化还原产H_(2)O_(2)性能的积极影响,阐释了相关的作用机制并对g-C_(3)N_(4)基材料在光催化产H_(2)O_(2)领域的发展进行了总结和展望,旨在揭示光催化产H_(2)O_(2)领域的机遇与挑战,从而为推动该技术的发展提供理论和技术依据.

Ag/Ag_(2)WO_(4)/g-C_(3)N_(4)三元复合物的构建及其光催化降解四环素

采用简单的化学沉积-沉淀法在室温下合成了一系列Ag/Ag_(2)WO_(4)/g-C_(3)N_(4)(AAC)三元复合光催剂,采用XRD、FT-IR、SEM、Raman、EDS、XPS、TEM对产物的物相、结构、形貌和光学性质进行了详细的表征。在可见光下,与Ag/Ag_(2)WO_(4)和g-C_(3)N_(4)相比,AAC-3的光催化活性明显增强,其光催化降解四环素的反应效率最高,速率常数为0.0571 min^(-1)。在AAC-3体系中加入H_(2)O_(2),反应速率明显加快,速率常数达到0.1488 min^(-1),是AAC-3体系的2.53倍。光催化性能的增强可以归因于:复合物改善了催化剂的吸光性能,增大了比表面积,促进了光生电子-空穴对的分离,加入H_(2)O_(2)使得反应体系能够提供更多的活性物种。提出了可能的光催化降解四环素反应机理。

全有机S型异质结PDI-Ala/S-C_(3)N_(4)光催化剂增强光催化性能

有机光催化剂以其适宜的氧化还原能带、低成本、高化学稳定性、分子结构和电子结构的可调控性而备受关注。PDI-Ala(N,N’-二(丙酸)-苝-3,4,9,10-四羧酸二亚胺)是一种新型的有机光催化剂,具有较强的可见光响应、低价带位置、强氧化能力等特点。然而,低的光生电荷转移速率和高的载流子复合率限制了它的应用。由于g-C_(3)N_(4)存在芳香杂环结构且PDI-Ala的刚性平面结构存在着离域大π键,g-C_(3)N_(4)和PDI-Ala可以通过π–π相互作用和N―C键紧密结合。通过硫掺杂g-C_(3)N_(4)合成了S-C_(3)N_(4),其能带结构相比于g-C_(3)N_(4)更能与PDI-Ala相匹配。电子离域效应、内建电场和新形成的界面化学键共同促进了PDI-Ala与S-C_(3)N_(4)之间光生载流子的分离与迁移。因此,采用原位自组装的方法制备了一种由有机半导体PDI-Ala和S-C_(3)N_(4)组成的S型(阶梯型)异质结光催化剂。在制备过程中,PDI-Ala通过横向氢键和纵向π–π堆积自组装成超分子。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UVVis-DRS)、电化学阻抗谱(EIS)、Mott-Schottky曲线(MS)等多种表征方法,对PDI-Ala/S-C_(3)N_(4)光催化剂的晶体结构、形貌、价态、光学性能、稳定性和能带结构进行了系统的分析和研究;利用密度泛函理论(DFT)计算了材料的功函数和界面耦合特性。研究了合成的光催化剂在H2O2生产中的光催化活性以及在可见光照射下对四环素(TC)和对硝基苯酚(PNP)的降解作用。该S型异质结具有能带匹配和紧密的界面结合,加速了分子间的电子转移,拓宽了异质结的可见光响应范围。此外,在PDI-Ala/S-C_(3)N_(4)光催化降解反应过程中,产生并积累了多种活性物种(h^(+)、·O^(-)_(2)和H_(2)O_(2))。因此,PDI-Ala/SC_(3)N_(4)异质结在降解TC、PNP和H_(2)O_(2)生产方面表现出更强的光催化性能。在可见光照射下,30%PDI-Ala/S-C_(3)N_(4)样品在90 min内去除了90%的TC,H_(2)O_(2)的产率为28.3μmol·h^(-1)·g^(-1),分别是PDI-Ala的2.9倍和S-C_(3)N_(4)的1.6倍。结果表明,由苝二酰亚胺(PDIs)基超分子和S-C_(3)N_(4)组成的全有机光催化剂可有效地用于降解有机污染物和生产H_(2)O_(2)。本研究不仅为全有机S型异质结的设计提供了一种新的策略,而且为理解具有有效界面键合的异质结构催化剂的构效关系提供了新的见解和参考。

一步法构建S型BaTi_(2)O_(5)/g-C_(3)N_(4)异质结用于增强光催化析氢

作为一种将太阳能有效转化为化学物质的方法,异质结光催化已被广泛研究.然而,开发高性能异质结光催化系统的主要挑战在于实现各组分之间电子的高效转移.本文通过将BaTi_(2)O_(5)纳米棒与g-C_(3)N_(4)薄片相结合,构建了一种新型S型异质结光催化剂.通过一步浸渍-还原法在g-C_(3)N_(4)纳米片上优先沉积Pt纳米颗粒作为助催化剂,增强了界面接触和强电子相互作用,这对光催化性能的提升至关重要.实验结果显示,所构建的P tImp/20BaTi_(2)O_(5)/g-C_(3)N_(4)光催化剂的最佳析氢速率为2587μmol g^(−1) h^(−1),并且在循环后依旧保持较高的稳定性.光电化学分析和理论计算进一步表明,BaTi_(2)O_(5)/g-C_(3)N_(4)异质结的构建导致了交错能带排列的形成和电荷载流子动力学的改善.这项工作凸显了利用新型S型异质结和可行的助催化剂促进光催化发展的重要性和可行性.

管状g-C_(3)N_(4)/ZnIn_(2)S_(4)纳米片异质结通过促进电荷分离实现高效光催化合成H_(2)O_(2)

过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种环保的活性氧和重要的绿色氧化剂.然而,到目前为止,实现高效和绿色可持续H_(2)O_(2)生产仍然面临挑战.本文中,我们展示了管状氮化碳(TCN)和ZnIn_(2)S_(4)(ZIS)纳米片(TCN/ZIS)异质结的光催化产H_(2)O_(2)性能:3小时内H_(2)O_(2)的生产速率为2.77 mmol g-1h-1,分别为单独的TCN和ZIS的3.4倍和23.1倍.实验结果表明,TCN/ZIS异质结优异的光催化活性主要源于ZIS促进了电荷分离从而通过将O_(2)还原为·O_(2)-,然后生成H_(2)O_(2)来实现质子耦合电子转移过程.该工作提出了一种高效、绿色的H_(2)O_(2)生产策略,对环境修复具有重要科学意义和实用价值.

具有双反应活性中心Cu⁃Al_(2)O_(3)⁃g⁃C_(3)N_(4)类芬顿催化剂及·OH选择性转化机理研究

采用水热合成法制备Cu⁃Al_(2)O_(3)⁃g⁃C_(3)N_(4)类芬顿催化剂,以扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电子自旋共振(EPR)、拉曼光谱(Raman)对所制备的催化剂及反应过程进行表征.以染料亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(Rh⁃B)及小分子有机物2,4⁃二氯苯氧乙酸(2,4⁃D)、双酚A(BPA)和苯妥英(PHT)为目标污染物,研究催化剂在初始pH=7条件下的类芬顿催化活性.同时,探讨Cu掺杂量和有机物配体g⁃C3N4掺杂量对体系催化性能的影响,并验证晶格氧诱发与有机配体络合两种方式对催化剂活性和稳定性提高产生的影响.DMPO⁃EPR自由基测定实验及Raman光谱监测催化反应过程验证表明:Cu的晶格氧掺杂诱发了靠近铜晶格O_(2)^(·-)的富电子Cu中心,以及靠近铝晶格O_(2)^(·-)的缺电子Al中心;引入的g⁃C_(3)N4以阳离子π作用形式通过σ⁃型Cu—O—C键桥将π体系上的电子转移至Cu,形成一个新的缺电子π中心.在H_(2)O_(2)存在的情况下,富电子Cu中心将电子传递给H_(2)O_(2),使其被还原为·OH;同时,体系中H2 O的电子被缺电子中心剥夺,进而氧化为·OH.羟基自由基转化率TOFs值的进一步计算结果表明,Cu⁃Al_(2)O_(3)⁃g⁃C_(3)N_(4)体系中TOF值为0.516 s^(-1),是传统均相芬顿体系TOF值(1.53×10^(-2)s^(-1))的33倍以上.

碳中和目标下的化石能源利用新技术路线开发

我国制定了2060年前实现碳中和的目标,实现碳中和的技术途径除了大力发展绿色能源和降低化石能源使用以外,还需要开发化石能源固碳利用新途径。提出一种新的技术路线,将化石能源利用过程所产生的CO_(2)直接转化为CO_(2)固定量最高的稳定固体产物三嗪醇(C_(3)H_(3)N_(3)O_(3)),转化过程中释放的能量和剩余氢作为清洁能源利用,实现化石能源能量和物质成分的同时高效利用,不仅减少了CO_(2)及污染物的排放,还提高了化石能源总的利用效率。该方法有望成为实现碳中和目标的一种经济可行的技术途径。

我国化石能源固碳利用新途径探索及研究

分析了目前我国实现碳中和的主要技术途径,提出一种化石能源固碳利用的新途径,即将化石能源在利用过程所产生的CO_(2)直接转化为CO_(2)固定量最高的稳定固体产物1,3,5均三嗪三醇(C_(3)H_(3)N_(3)O_(3),简称三嗪醇)。阐明这种固碳新途径的技术优势,该转化过程中释放的能量和剩余氢可作为清洁能源利用,从而实现化石能源能量和元素成分的同时高效利用。认为该技术路线不仅减排了二氧化碳,还可提高化石能源总的利用效率,可以成为实现我国碳中和新目标经济可行的技术途径之一。