TiO_(2)@H^(+)/g⁃C_(3)N_(4)复合材料的光催化产氢性能及机理分析

本文研究了TiO_(2)含量对TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)异质结光催化剂产氢性能的影响。首先将石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))用硫酸处理,得到酸洗氮化碳(H^(+)/g-C_(3)N_(4)),然后通过煅烧法在H^(+)/g-C_(3)N_(4)表面负载TiO_(2)得到TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料,利用透射电镜、X射线衍射仪、紫外-可见漫反射仪和比表面仪对TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料进行了表征,研究了其在可见光下的光催化产氢性能,探讨了TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料光催化产氢机理。实验结果表明:1)煅烧法可以成功制备TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料,且TiO_(2)的负载显著地提升了H^(+)/g-C_(3)N_(4)的光催化产氢性能,这主要归功于TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)异质结的形成降低了光生电子空穴的复合速率,加快了电子的转移速率;2)实验结果还表明TiO_(2)的负载量对TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料的光催化产氢性能有很大影响,当TiO_(2)含量为25%时,所制备的25-TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料的光催化产氢性能最好,其光催化产氢速率为3.47 mmol·g^(−1)·h^(−1),是H^(+)/g-C_(3)N_(4)产氢速率的4.05倍,这主要归功于25-TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)大的比表面积和高的光吸收度;3)所制备的25-TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料还表现出良好的稳定性。

SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合材料的3D打印制备及对染料废水的处理性能

使用直写型3D打印的方式制备了高比表面积与多孔结构的SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合气凝胶材料,并对材料的微观形貌、多孔结构进行了表征,测试了其对于模拟溶液中高浓度罗丹明B(RhB)的吸附及催化降解性能。研究结果表明,3D打印SiO_(2)块体气凝胶比表面积达482.1 m^(2)/g,具备孔隙体积为1.195 cm^(3)/g的纳米多孔结构,对RhB具有好的吸附性能。经g-C_(3)N_(4)修饰所得的SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合气凝胶材料孔结构与比表面积变化不大,除仍保持较高的吸附性能外,在紫外光照下对RhB(100 mg/L)的去除率可达99%以上。经5次循环测试后SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合气凝胶对RhB的去除率仍达92.98%,相比之下3D打印SiO_(2)气凝胶仅为55.75%。机理分析表明,复合材料中的g-C_(3)N_(4)可吸收光能并生成光生电子空穴对,其与H_(2)O和O_(2)作用产生氧化活性物质超氧自由基,最终均参与光催化氧化还原反应中对RhB大分子的催化氧化降解。3D打印结构具有的高比表面积实现了催化剂与RhB大分子较大的反应接触面积,提高了复合材料的光催化降解效率及循环稳定性。

Bi_(2)WO_(6)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂的制备及其光催化性能研究

以尿素、硝酸铋、钨酸钠等为主要原料,在热缩聚法制备g-C_(3)N_(4)的基础上,通过水热法制备Bi_(2)WO_(6)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂。在模拟太阳光照射下,研究Bi_(2)WO_(6)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂对甲基橙的光催化降解性能。结果表明,复合光催化剂相比于单体光催化剂的性能有显著提高。在Bi_(2)WO_(6)与g-C_(3)N_(4)质量比为2∶1、水热温度为180℃、水热时间为12 h条件下,复合光催化剂的性能最好。光照时间210 min时,甲基橙降解率达到了98.15%,相比于单体Bi_(2)WO_(6)和g-C_(3)N_(4)光催化剂的效率分别提高了25.1%和37.7%,且光催化降解过程符合一级动力学方程。复合光催化剂具有优异的稳定性,经过4次重复性实验,甲基橙降解率仍达到95.17%。

g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)可见光催化降解磺胺甲恶唑的研究

以TiO_(2)颗粒和三聚氰胺为原料,采用高温煅烧法制备g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)复合光催化材料,研究其对仿生生态系统中磺胺类抗生素的去除效果。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、紫外可见分光光度计(UV-visDRS)对g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)进行表征,并研究在可见光条件下g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)对溶液中磺胺甲恶唑(SMX)的光催化降解效果。结果表明,g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)具有良好的光催化活性,在可见光照射下,当g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)投加量为0.2 g·L-1时,对初始质量浓度为200μg·L-1的SMX的去除率可达84.3%。在相同条件下,而g-C_(3)N_(4)和TiO_(2)只能分别去除21.0%和16.0%的SMX,同时在仿生系统中12.37 g·m^(-2)g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)可以去除95.35%的SMX。通过质谱分析推测,SMX可能的降解路径分别为S—N键断裂、C—N键断裂、S—C键断裂、SMX的羟基化和SMX上氨基的硝化反应,两种可能的中间产物分别为对氨基苯磺酰胺和3-氨基-5-甲基异恶唑。

g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)复合材料的制备及可见光催化降解硝基苯

采用原位合成法在TiO_(2)纳米管上沉积g-C_(3)N_(4)对材料进行改性,通过改变尿素的质量浓度制备了一系列不同负载量的g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)复合材料(0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g·L^(-1)g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)NTs),然后在可见光条件下考察了g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)复合材料光催化降解硝基苯的性能,并对材料做了相关的表征分析和自由基清除实验。结果表明:将g-C_(3)N_(4)负载到TiO_(2)纳米管上可以显著提高光催化活性,可能是由于g-C_(3)N_(4)和TiO_(2)之间形成了异质结,延长了载流子的寿命,阻碍了电子与空穴的复合,从而提升了复合材料的光催化活性。

Cu_(2)O/Ag/g-C_(3)N_(4)复合材料制备及其光催化降解抗生素性能

采用水热法和原位光还原法制备一系列Cu_(2)O/Ag/g-C_(3)N_(4)复合材料,采用XRD、IR、PL等对复合材料进行表征,并测试其光催化性能。结果表明,Ag和Cu_(2)O成功负载到g-C_(3)N_(4)表面,且没有破坏g-C_(3)N_(4)的结构;当溶液pH=6时,20 mg 15%-Cu_(2)O/Ag/g-C_(3)N_(4)对四环素降解率为94.3%。·OH、·O_(2)^(-)、h^(+)对Cu_(2)O/Ag/g-C_(3)N_(4)降解四环素起主要作用。光催化性能提升的原因可能是由于Ag和Cu_(2)O的加入形成异质结,增大g-C_(3)N_(4)的比表面积,降低其带隙能,使其在可见光区的吸收增强,抑制光生电子-空穴对的复合,提高了g-C_(3)N_(4)光催化性能。

BiOI/g-C_(3)N_(4)/NH_(2)-MIL-53(Fe)三元异质结光催化剂的合成与性能研究

半导体光催化技术是解决能源危机和环境污染的有效手段。作者采用一步溶剂热法制备了Bi OI/g-C_(3)N_(4)/NH_(2)-MIL-53(Fe)三元异质结催化剂。以X射线衍射、扫描电子显微镜等表征方法对样品进行分析,以双酚S为目标污染物考察了催化剂的光催化性能,以自由基捕获实验得出·OH、h^(+)和·O_(2)^(-)在降解过程中均发挥强氧化作用,并基于催化剂光芬顿性能研究以及半导体能带结构,提出其催化光芬顿反应的可能的机理。

g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)光催化剂协同降解苯扎贝特机理研究

利用贵金属Pd的等离子体共振效应和形貌可控Bi2WO6的光催化协同作用,通过低温水热法设计合成具有高效可见光活性的花状g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)异质结复合催化剂.在可见光照射下,异质结复合催化剂光催化降解BZF的去除率均高于g-C_(3)N_(4),g-C_(3)N_(4)/Bi_(2)WO_(6),Pd/g-C_(3)N_(4)和Bi_(2)WO_(6),其中,50%g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)对BZF的去除率为96%,是Pd/g-C_(3)N_(4)的1.8倍,g-C_(3)N_(4)和Bi_(2)WO_(6)的2.7倍.基于表征分析可知,g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)复合催化剂中Bi_(2)WO_(6)呈现中心辐射花状纳米结构,并与层状Pd/g-C_(3)N_(4)连接;贵金属Pd可作为电子传输的介质,促进g-C_(3)N_(4)和Bi_(2)WO_(6)Z型异质结构的形成,有利于协同提升可见光催化活性.淬灭实验和EPR表征证实了·OH是g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)催化降解BZF的主要活性物质,LC-MS/MS分结果表明羟基化作用取代贝特链是BZF降解的主要路径.

亮蓝G通过抑制P2X7/NLRP3通路减轻脑缺血再灌注大鼠神经炎症

目的:研究嘌呤受体P2X7在脑缺血再灌注损伤(CIRI)中的作用。方法:使用右侧大脑中动脉闭塞法(MCAO)制备大鼠CIRI模型,通过腹腔注射给予P2X7抑制剂亮蓝G(BBG)或NLRP3抑制剂MCC950处理。神经功能评分检测大鼠神经功能的改变,伊文思蓝染色检测血脑屏障完整性,通过酶联免疫吸附试验(ELISA)检测大鼠脑脊液中IL-1β和IL-18的含量,通过Western Blot检测右侧大脑皮质中P2X7、CD11b和NLRP3的表达。结果:BBG或者MCC950处理能改善CIRI大鼠神经功能,同时降低脑组织中伊文思蓝的含量,并降低脑脊液中IL-1β和IL-18的水平。此外,BBG可以降低右侧大脑皮质中CD11b和NLRP3的表达,但是MCC950只能降低CD11b表达,对P2X7表达没有明显影响。结论:BBG通过抑制P2X7/NLRP3通路减轻CIRI大鼠神经炎症。

可见光下g-C_(3)N_(4)催化诱导C(sp^(2))-H芳基化喹喔啉-2(1H)-酮

建立了一种有效且简单的可见光诱导的g-C_(3)N_(4)催化的喹喔啉-2(1H)-酮的芳基化反应。该反应以乙腈为溶剂,K_(2)S_(2)O_(8)为氧化剂,具有反应条件温和、环境友好和官能团耐受性好等优点。该策略提供了一种简单的操作方法,可以获得各种中等到良好产率的3-苯基喹喔啉-2(1H)-酮化合物,最高产率达77%。

CircCSNK1G1调节miR-381-3p/Skp2轴对胃癌细胞增殖、凋亡和迁移的研究

目的探究CircCSNK1G1调节miR-381-3p/S期激酶相关蛋白2(Skp2)轴对胃癌(GC)细胞增殖、凋亡和迁移的影响。方法将HGC-27细胞分为未转染组、si-NC组、si-CircCSNK1G1组、si-CircCSNK1G1+anti-miR-NC组、si-CircCSNK1G1+anti-miR-381-3p组。qRT-PCR分别检测GC肿瘤组织和GC不同细胞系中CircCSNK1G1、miR-381-3p、Skp2 mRNA的表达;MTT法检测细胞增殖;克隆形成实验检测细胞克隆数量;流式细胞术检测细胞凋亡;Transwell小室法测定细胞迁移和侵袭能力;Western Blot检测EMT相关蛋白E-cadherin、Vimentin的表达;双荧光素酶实验验证CircCSNK1G1、miR-381-3p、Skp2三者的靶向关系。结果与癌旁组织和人正常胃黏膜上皮细胞GES-1相比,GC肿瘤组织和GC细胞系中的CircCSNK1G1、Skp2 mRNA高表达,miR-381-3p低表达(P<0.05),且HGC-27细胞中miR-381-3p表达水平最低,CircCSNK1G1、Skp2 mRNA表达最高,因此后续选用HGC-27细胞并敲低CircCSNK1G1进行实验。与未转染组和si-CircCSNK1G1-NC组相比,转染si-CircCSNK1G1能够降低HGC-27细胞中CircCSNK1G1、Skp2 mRNA表达、细胞增殖活性、细胞迁移数以及Vimentin蛋白表达(P<0.05),提高miR-381-3p的表达、细胞凋亡率和E-cadherin蛋白表达(P<0.05)。双荧光素酶实验验证了CircCSNK1G1、Skp2均与miR-381-3p存在靶向关系,而且CircCSNK1G1可作为miR-381-3p的海绵RNA,进一步调节Skp2的表达和活性。结论敲低CircCSNK1G1能够靶向上调miR-381-3p表达,抑制Skp2表达,进而促进GC细胞凋亡,抑制其增殖和迁移。

量子点修饰g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)纳米杂化材料的制备及在水性环氧-丙烯酸酯乳液中的应用

水性环氧-丙烯酸酯乳液(WEP)因污染小、附着力好、耐候性好被广泛应用于涂料领域,但其不尽如意的耐腐蚀性大大限制了其在防腐涂料领域的应用。文中采用煅烧法制备了g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)纳米杂化材料,微波法制备了柠檬酸碳量子点溶液,通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射分析、X射线光电子能谱仪和透射电子显微镜分析了g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)杂化粒子的结构和形态,采用扫描电子显微镜观察了复合涂层的形貌,通过电化学阻抗谱和盐雾实验研究了WEP、g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)/WEP、经量子点修饰的g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)/WEP涂层的耐腐性能。结果表明,Fe_(2)O_(3)粒子成功负载到了g-C_(3)N_(4)纳米片上,经柠檬酸量子点修饰后,g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)在WEP中具有良好的分散性,经柠檬酸量子点修饰的g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)/WEP乳液涂膜在质量分数3.5%NaCl溶液中浸泡1 d时阻抗高达1.5×10^(10)Ω·cm^(2),较纯WEP乳液涂膜高出2个数量级;浸泡7 d后,复合涂层阻抗值仍高达8.7×10^(9)Ω·cm^(2);盐雾168 h后复合涂层表面锈蚀较少。

可控合成具有增强光催化性能的CeO_(2)纳米中空球/g-C_(3)N_(4)纳米复合材料

以Ce(NO_(3))_(3))·6H_(2))O和三聚氰胺为原料,采用简单的原位聚苯乙烯球模板法成功合成了一种新型CeO_(2)纳米中空球/g-C_(3)N_(4)纳米复合材料。将其用于紫外光催化降解对硝基苯胺(PNA)。结果表明,当CeO_(2)的复合质量分数为2.5%时,PNA降解效率达到90.26%。动力学拟合结果表明,PNA光催化降解过程符合拟一级反应动力学特征。与g-C_(3)N_(4)(k=0.0060 min^(-1))和CeO_(2)(k=0.0023 min^(-1))相比,CeO_(2)纳米中空球/g-C_(3)N_(4)复合材料光催化降解PNA的反应速率常数(k=0.0110 min^(-1))分别提高了1.8倍和4.8倍。CeO_(2)和g-C_(3)N_(4)复合后形成的异质结构促进了光生载流子的分离,延长了光生载流子的寿命,从而显著提高了光催化性能。

g-C_(3)N_(4)QDs@Go/MoS_(2)二维复合半导体催化剂的合成及光催化性能研究

为了解决MoS_(2)纳米片容易堆积、导电性低的科学问题,通过水热法在MoS_(2)催化剂水热引入石墨烯增强其导电性,制备出Go/MoS_(2)纳米片,随后负载上已合成的量子点(g-C_(3)N_(4)QDS),构建出g-C_(3)N_(4)QDS@Go/MoS_(2)三元二维复合催化剂,用于光催化产氢。g-C_(3)N_(4)量子点由于其独特的电子结构和物理化学特性,其能带与MoS_(2)较为匹配,作为半导体材料也可以激发产生光生载流子,促进了整体催化产氢的效率。在本研究中复合催化剂显示出较高的光催化性能,2.5 h氢气产量为7.25μmol/g,相较于Go/MoS_(2),提升了近1.5倍。

三元复合物Ag/Cu_(2)O/g-C_(3)N_(4)的制备及其光催化降解和抗菌性能研究

以尿素、硫酸铜、乙酸银为原料,采用溶液法制备了三元复合物Ag/Cu_(2)O/g-C_(3)N_(4),通过XRD、XPS、SEM、TEM、UV-Vis等手段对三元复合物的结构进行了表征;以罗丹明B为模型研究了三元复合物的光催化降解性能,以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为模型研究了三元复合物的抗菌性能,并探究了三元复合物的光催化降解机理。结果表明,Ag和Cu_(2)O粒子沉积在g-C_(3)N_(4)片层结构上,Ag、Cu_(2)O和g-C_(3)N_(4)三者之间的协同作用使得三元复合物的光催化降解性能和抗菌性能大幅提高。为构建用于实际水体污染处理的g-C_(3)N_(4)基复合材料提供了新思路。

Zr基MOFs材料UiO-66-NH_(2)负载g-C_(3)N_(4)催化剂的制备及光催化性能

通过溶剂热法制备了UiO-66-NH_(2)/g-C_(3)N_(4)催化剂,以甲基橙(MO)染料溶液为模拟污染物,研究可见光照射下UiO-66-NH_(2)/g-C_(3)N_(4)光催化活性和循环使用稳定性。结果表明:UiO-66-NH_(2)均匀地负载在层状g-C_(3)N_(4)表面,UiO-66-NH_(2)与g-C_(3)N_(4)形成Ⅱ型异质结,抑制了光生电子-空穴的复合;当催化剂质量浓度为1.25 g/L时,其对MO的光催化降解率达到了95.6%,催化剂循环使用5次后其对MO的光催化降解率仍达到了85.2%。

g-C_(3)N_(4)@Bi_(2)WO_(6)的制备及其光催化性能研究

将g-C_(3)N_(4)和Bi_(2)WO_(6)制备复合材料g-C_(3)N_(4)@Bi_(2)WO_(6),通过SEM、XRD以及PL等技术对g-C_(3)N_(4)@Bi_(2)WO_(6)进行了结构和光学性质的表征,并以罗丹明B(RhB)为目标染料,考察了不同负载量的催化性能差异,推测其光催化机理.实验证明复合材料稳定性很好,并且催化性能相对于纯的g-C_(3)N_(4)和Bi_(2)WO_(6)有了很大的提高.这项工作为高活性异质结构光催化剂的设计和合成提供了思路.

g-C_(3)N_(4)/Ag/Ag_(2)O复合材料低功率紫外照射下降解罗丹明B

光催化降解技术高效、环保、节能的优点使其在环保领域具有广泛应用前景,为解决环境污染问题提供了新的思路。其中高效催化剂是实现污染物高效光催化降解的关键。g-C_(3)N_(4)半导体材料因优良的热稳定性和化学稳定性、易于合成以及能带结构易调控等优点在催化领域具有广阔的应用前景,但由于纯g-C_(3)N_(4)可见光利用率低、表面积小、导带位置较低,限制了其实际应用中的催化活性。本文通过光诱导还原方法实现了g-C_(3)N_(4)材料表面Ag/Ag_(2)O的原位负载,系统研究了Ag/Ag_(2)O负载量对材料催化性能的影响,实现低功率紫外光催化下水中罗丹明B的快速高效去除,研究发现50 mg的g-C_(3)N_(4)中在0.24 g/L的AgNO3溶液还原得到的g-C_(3)N_(4)/Ag/Ag_(2)O复合材料具有最佳的催化性能。同时将复合材料应用于实际水体中罗丹明B染料的催化降解,取得了良好催化效果。本研究为去除水环境有机物污染提供了一种高效、绿色的解决方法。

玻纤负载TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)光催化膜的制备及降解染料性能

为解决光催化剂效率不高、粉末难回收且易造成二次污染等问题,采用浸渍法制备了玻璃纤维负载TiO_(2)/gC_(3)N_(4)光催化膜(命名为TCNGF)。TiO_(2)和g-C_(3)N_(4)纳米颗粒通过静电自组装在玻璃纤维表面形成了均匀无裂痕的薄膜,重量法测得催化剂负载量(质量分数)为4%。降解实验结果表明:以TCNGF为催化剂,在模拟太阳光下,10 mg/L的罗丹明B(RhB)溶液在40 min的降解率达到98%,4次循环降解实验的脱色降解率均高于99%,且溶液中无絮状沉淀产生,表明催化剂优异的催化活性、附着牢度和循环稳定性。催化结果表明:适量提高TiO_(2)和g-C_(3)N_(4)的质量比,催化膜内异质结量增多,促使光生活性自由基增多,染料降解速率增快;初始染料浓度对TCNGF光催化降解性能无明显影响。自由基捕获实验证明:超氧自由基(·O_(2)~-)和羟基自由基(·OH)在光催化反应过程中为主要活性物种;光催化反应机理研究表明,TCNGF属于Z型光催化体系。

α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物的合成及光催化还原Cr(Ⅵ)的实验设计

为解决赤铁矿(α-Fe_(2)O_(3))和石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))光催化活性低的问题,设计了一种采用液固混合-焙烧制取α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂的方法。通过在可见光照射下光催化还原Cr(Ⅵ)实验研究合成的α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物的光催化性能,并通过光电化学性能测试及能带结构分析探究其光催化活性增大的原因。结果表明:所合成的α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物具有显著优于α-Fe_(2)O_(3)和g-C_(3)N_(4)的光催化活性,其光催化还原Cr(Ⅵ)的反应速率常数(k)为0.026 min^(-1),分别是g-C_(3)N_(4)(k=0.004 min^(-1))的6.5倍和α-Fe_(2)O_(3)(k=0.003 min^(-1))的8.7倍;α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物为Ⅰ型异质结,能有效提高光生空穴与电子的分离及转移效率,是导致其光催化活性升高的原因。所设计的合成方法简单易行、成本低且合成的α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物光催化还原Cr(Ⅵ)性能好,为Cr(Ⅵ)废水处理开发了一种有应用潜力的可见光催化剂。