双配体Zn-MOF/g-C3N4复合材料的制备及光催化性能

为了进一步拓展MOF-5在光催化降解污染物方面的应用,本研究以MOF-5为原料,采用水解再生法使MOF-5水解并再生为一种新型、水稳定性好的双配体Zn-MOF(D-MOF),同时将其与g-C_(3)N_(4)耦合,制备出性能优异的光催化材料D-MOF/g-C_(3)N_(4)(DMG)。通过X-射线粉末衍射、扫描电镜、紫外-可见漫反射、N_(2)吸附-脱附等手段对复合材料DMG进行表征;采用光催化降解亚甲基蓝(MB)来研究复合材料的光催化活性,同时优化复合材料的最佳配比。结果表明:复合材料DMG有优异的光催化性能,经300 W氙灯照射60 min后对MB的降解率可达到92.79%,其降解速率分别是纯D-MOF和g-C_(3)N_(4)的1.62倍和6.49倍,同时对复合材料DMG进行光催化机理试验并提出其光催化降解MB的可能机理。本研究为水稳定性较差的金属-有机框架材料的优化提供了一种新的思路。

g-C3N4/ZnO复合光催化剂降解污染物的研究进展

ZnO具有光催化活性强、稳定性高等优点,然而,ZnO禁带宽度大,只能吸收紫外光,太阳能利用率低;且其光生电子易与空穴复合,量子效率低。g-C3N4是一种窄带隙半导体,与ZnO复合形成异质结,不仅可以提高太阳光利用率,而且能加快载流子转移,提高光催化性能。通过文献研究综述了g-C3N4/ZnO复合光催化剂的四种复合形式,以及g-C3N4、ZnO与其他物质复合而成的三元、四元复合材料,并对g-C3N4/ZnO复合光催化剂的未来发展方向进行了展望。

MoS_(2)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂的构建及其可见光催化性能研究

本研究通过水热合成法和超声法成功构建MoS_(2)/g-C_(3)N_(4)复合型光催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)以及紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)表征技术对复合型催化剂的物理化学特性进行分析。以光催化降解罗丹明B(RhB)为探针反应,探究可见光下不同质量比的MoS_(2)/g-C_(3)N_(4)复合型光催化剂对RhB光催化降解性能的影响。实验结果表明,当MoS_(2)负载量为30%,光催化降解80 min时,10 mg/L的RhB溶液的降解率为96.7%。MoS_(2)/g-C_(3)N_(4)复合催化剂相比于纯的g-C_(3)N_(4),MoS_(2)降解RhB的效果有显著地提高。光催化降解性能的提升归因于两半导体间MoS_(2)和g-C_(3)N_(4)异质结界面构筑,有效地抑制光生电子(e^(-))和空穴(h^(+))的复合,从而提高复合型光催化剂MoS_(2)/g-C_(3)N_(4)的光催化性能。

热剥离g-C_(3)N_(4)纳米片的合成及光催化性能研究

以三聚氰胺为前驱体,合成块状g-C_(3)N_(4)(CN),再经简单的热剥离技术,成功制备多孔g-C_(3)N_(4)纳米片(CN-S)光催化剂。系统研究了不同热剥离时间对CN-S光催化还原Cr(VI)性能的影响。结果表明:经4 h热剥离后获得的样品CN-S(4h)比表面积和孔体积分别为191.88m^(2)·g^(-1)和1.109cm^(3)·g^(-1),而CN的比表面积和孔体积分别是7.82m^(2)·g^(-1)和0.092cm^(3)·g^(-1),说明热剥离可显著提升材料比表面积和孔体积,增加表面有效活性位点,延长可见光在其内部的多重散射,缩短光生电子-空穴对从材料内部迁移至表面的传输距离。此外,热剥离处理形成的碳空位可增强光生载流子分离效率。由此CN-S(4h)光催化还原Cr(VI)的效率达到99.0%。

g-C_3N_4/TiO_2复合材料光催化降解布洛芬的机制

以TiCl_3为TiO_2钛源,二聚氰胺为g-C_3N_4前驱体,制备了g-C_3N_4/TiO_2复合材料;通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和紫外可见光吸收光谱(UV-vis)等对g-C_3N_4/TiO_2复合材料进行形貌、元素和催化活性的表征.结果表明,TiO_2能很好地依附在g-C_3N_4的表面;吸收光发生了红移,扩大了TiO_2的吸收光谱范围;催化剂活性实验研究表明g-C_3N_4与TiO_2按1:9的质量掺杂比例制备出的g-C_3N_4-10/TiO_2复合材料对布洛芬(IBU)的光催化降解效果最好;实验同时研究了g-C_3N_4-10/TiO_2复合材料对IBU光催化降解的影响机制.IBU的光催化反应符合准一级动力学规律;酸性环境下有利于IBU的降解;使用异丙醇作为·OH分子探针,检测到·OH存在于g-C_3N_4/TiO_2光催化体系中,并计算得出·OH的贡献率为73.7%,表明·OH在降解中起到主要作用.

g-C3N4-BiOBr复合材料制备及可见光催化性能

利用原位沉积法将Bi OBr纳米片生长到g-C_3N_4表面,制得g-C_3N_4-Bi OBr p-n型异质结复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)和荧光光谱(PL)等测试对光催化剂结构和性能进行表征。通过可见光辐照降解甲基橙水溶液检测评估复合光催化剂光催化活性。研究结果表明:复合光催化剂由Bi OBr和g-C_3N_4两相组成,Bi OBr纳米片在片状g-C_3N_4表面快速形核生长形成面-面复合结构。相比于纯相g-C_3N_4和Bi OBr,g-C_3N_4-Bi OBr复合材料具有更强可见光吸收能力,吸收带边红移。在可见光辐照100 min后,性能最佳的2:8 gC_3N_4-Bi OBr复合光催化剂光催化活性分别是纯相g-C_3N_4和Bi OBr的1.8和1.2倍,经过4次循环实验后,其降解率仍达84%,说明复合结构光催化剂催化性能和稳定性增强。复合光催化剂的荧光强度显著降低,说明光生载流子复合得到了有效抑制。复合光催化剂催化性能的提高归因于p-n型异质结促进电荷有效分离、抑制电子-空穴复合和吸收光波长范围的扩展,相比单一成分材料具有更好的催化活性和稳定性。自由基捕获实验证明,可见光降解甲基橙光催化过程中的主要活性成分为空穴,并据此提出了可能的光催化机理。

g-C3N4/ZnO复合材料的制备、表征及可见光催化性能

以一步法原位合成了g-C3N4/ZnO异质结复合材料,评价其在可见光下降解亚甲基蓝（MB）的光催化活性,并探讨了g-C3N4/ZnO的光催化机制。运用XRD、FTIR、SEM和UV-Vis DRS对所合成的复合材料进行表征。结果表明,经复合后g-C3N4和ZnO紧密结合,构建了异质结,提高了光生电子空穴的分离效率,并且在可见光区表现出较强的光响应性;当g-C3N4的质量分数为19%时,复合材料g-C3N4/ZnO降解MB的反应速率常数为0.020 6 min-1,是纯g-C3N4的3.8倍。催化剂重复使用5次,仍保持较高的光催化活性。

MoS_2/g-C_3N_4复合材料的制备及可见光催化性能

首先在N-甲基吡咯烷酮溶液中超声剥离得到少层的MoS_2,将其与石墨相氮化碳(g-C_3N_4)复合,制得MoS_2/g-C_3N_4复合材料。采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS),傅里叶变换红外光谱(FTIR),Raman光谱,紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)和光致荧光(PL)技术对复合材料进行表征。可见光下考察MoS_2/g-C_3N_4复合材料光催化降解罗丹明B(Rh B)的活性,结果表明:将少量MoS_2与g-C_3N_4复合可明显提高光催化活性,且1%(w/w)MoS_2/g-C_3N_4复合物的光催化活性最高,可能的原因是MoS_2和g-C_3N_4匹配的能带结构,增大了界面间电荷的传输,降低了光生电子-空穴的复合,进而提高了光催化活性。

g-C_3N_4/高岭土复合材料的制备及其光催化性能研究

以水洗高岭土为载体,采用盐酸对g-C_3N_4进行质子化处理,通过浸渍法制备了g-C_3N_4/高岭土复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和紫外–可见吸收光谱(UV-Vis)等手段对复合材料的晶体结构、微观形貌和光学性能进行了表征,并以罗丹明B为目标降解物,研究了复合材料在可见光下的光催化性能。结果表明:当高岭土和g-C_3N_4的质量配比为6︰3时,g-C_3N_4/高岭土具有较优的光催化性能,其光催化速率是纯g-C_3N_4的8.62倍;高岭土和g-C_3N_4通过静电吸引力紧密结合在一起,该复合结构能够有效地降低光生电子和空穴的复合几率,改善了纯g-C_3N_4光催化材料的吸附性能,进而有效提高了其光催化性能。

浸渍-热聚合法制备g-C_3N_4/高岭土复合材料及其性能

以高岭土为载体、双氰胺为g-C_3N_4前驱体,采用液相浸渍联合热聚合工艺制备出一种可见光响应的高岭土基复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、静态氮吸附仪(BET)、场发射扫描电镜(FESEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等手段对复合材料的晶相、孔结构、界面特性和光学性能进行了表征,并以罗丹明B作为目标污染物考察了不同催化剂的可见光光催化活性。结果表明,当高岭土和双氰胺的质量配比为2∶4,即g-C_3N_4的实际负载量为38.82%时,所制备的g-C_3N_4/高岭土复合材料光催化性较优,其光催化速率是纯g-C_3N_4的4.18倍;高岭石与g-C_3N_4紧密结合,该复合结构能够有效地抑制光生载流子的复合,改善纯g-C_3N_4材料的吸附性能与光催化活性。

插层法制备g-C_3N_4/高岭石复合材料及其对罗丹明B的光催化机理研究

伴随着印染行业的快速发展,部分含有罗丹明B(RhB)的染料废水未经处理便被排出。因RhB较难自然降解,对环境造成了恶劣的影响。本文通过置换插层-煅烧法制备出g-C_3N_4/高岭石复合材料,在恒温模拟太阳光催化系统下,研究了复合材料对RhB的光催化性能,并探讨其催化机理。结果表明,随g-C_3N_4含量递增的复合光催化材料1g-C_3N_4/K、2g-C_3N_4/K、3g-C_3N_4/K、4g-C_3N_4/K和5g-C_3N_4/K的催化性能呈先升后降的趋势,4g-C_3N_4/K催化效果最好,光照6 h对RhB的降解率可达73%。进一步研究提出g-C_3N_4/高岭石复合光催化材料的催化机理为光照激发复合光催化剂,产生具有较强氧化还原能力光生载流子空穴对,其可与RhB发生反应,使之氧化成小分子碳氢化合物或被矿化成二氧化碳和水。所制备的高岭石负载石墨相氮化碳光催化材料具有较好的亲水性,使得复合材料在染料溶液中有较好的分散性,有利于光催化过程的进行,有效实现了对RhB的光催化降解。

插层法制备g-C_3N_4/高岭石复合材料及其光学性能

高岭石表面与层间具有较高的活性和良好的规范性,因而适合对其进行化学修饰,在催化剂负载方面值得深入研究。本文以甲氧基嫁接的高岭石为前躯体,采用置换插层法制备出高岭石/三聚氰胺插层复合物,进一步在550℃煅烧获得g-C_3N_4/高岭石复合光催化剂。利用X射线衍射、傅里叶红外和热重-差热分析等手段对复合光催化材料进行表征,并对其光催化性能进行研究。结果表明,当高岭石与光催化剂前驱体三聚氰胺质量比为1∶1和1∶2时,较难缩聚得到g-C_3N_4;然而,当高岭石与三聚氰胺质量比为1∶3、1∶4、1∶5时,可获得不同g-C_3N_4占比的复合材料,其整体分散状况因高岭石的加入而有效改善,这表明高岭石的加入能有效避免g-C_3N_4的团聚。所制备的高岭石负载石墨相氮化碳光催化材料具有较好的光学性能,在探索经济、高效、绿色矿物基复合光催化剂方面研究具有重要意义。

g-C_3N_4和CuO复合材料的制备、表征及光催化研究

高温煅烧三聚氰胺制备类石墨结构氮化碳(g-C_3N_4),然后以硝酸铜Cu(NO3)2和g-C_3N_4为原料,去离子水和无水乙醇作溶剂,在加入适量氨水的反应条件下通过水热法反应制备g-C_3N_4/CuO纳米复合材料。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、光电子能谱仪(XPS)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)和荧光光谱(PL)等测试对复合材料进行表征。通过XRD、SEM和XPS测试结果可知微米球形CuO和g-C_3N_4紧密的结合起来,而由UV和PL谱图表明CuO和g-C_3N_4的复合扩展了材料对可见光的吸收范围和减慢了材料的光生电子和空穴的复合率。通过在可见光下降解甲基橙(MO)来检测复合材料的光催化活性,结果表明,在没有过氧化氢(H2O2)的体系下,经过4 h的光反应后,70-g-C_3N_4/CuO对MO的降解率达到了85%;但是在H2O2的体系下,经过1 h光反应后,70-g-C_3N_4/CuO对MO的降解率达到了96%。通过自由基的捕获实验说明羟基自由基、超氧自由基、空穴在降解MO过程中起到重要的作用。复合材料在经过四次的循环实验后,对MO的降解率基本能达到90%。因此,g-C_3N_4和CuO的复合抑制了电子-空穴的复合和扩展了吸收光波长范围,这样就使g-C_3N_4/CuO材料有了好的光催化性和稳定性。

Ag NPS/g-C_3N_4纳米复合材料制备及其SERS纳米传感器（英文）

通过化学氧化块状石墨型氮化碳(g-C_3N_4),获得在水中分散性好的片状g-C_3N_4。XRD,FTIR和XPS表明,所得片状g-C_3N_4含有氧官能团。这不仅可以作为锚定点负载纳米银粒子(Ag NPs),而且可以获得Ag NPs均匀分散的Ag NPS/g-C_3N_4纳米复合物。制备的复合材料中银纳米颗粒的重量百分比也会随着硝酸银与片状g-C_3N_4的质量变化而发生变化。基于g-C_3N_4对Co^(2+)的明显的拉曼强度响应,Ag NPS/gC3N4纳米复合物作为表面增强拉曼散射(SERS)传感器检测Co^(2+)。通过拉曼强度的对照,发现随着Co^(2+)浓度的增加,拉曼信号增加;而含有73%银纳米颗粒的Ag NPS/g-C_3N_4纳米复合物有高的灵敏性,检测极限浓度达到10^(-9) mol·L^(-1);复合材料同时显示出高的选择性,对其他如Cd^(2+),Cu^(2+)和Zn^(2+)的金属离子没有明显的拉曼增强信号。分析了复合材料对Co^(2+)的增强机制。由于Co^(2+)与g-C_3N_4中的N-/-NH-基团的耦合,引发复合材料中Ag NPs聚集,从而产生局部电磁场,进而产生表面增强效应。可以预知,Ag NPS/g-C_3N_4纳米复合物将作为一种用于制造SERS传感器的新的理想材料。

溶剂热法制备CdS@g-C3N4复合材料及其催化性能研究

以乙醇为溶剂,采用溶剂热法合成CdS@g-C3N4复合材料,利用SEM、XRD、UV-Vis等对其进行结构和形貌表征。以亚甲基蓝(MB)为降解底物,在模拟太阳光下考察了CdS@g-C3N4的光催化降解活性。结果表明,50%CdS@g-C3N4对MB的降解效率30 min就达到90%以上。在相同反应条件下,CdS@g-C3N4复合材料比纯g-C3N4以及CdS具有更高的催化活性。CdS在CdS@g-C3N4复合材料中的作用主要有:提高了材料的光吸收能力,提高了对有机污染物的吸附能力,同时促进了光生电子-空穴对的分离。此外,CdS@g-C3N4光催化剂在循环测试中表现出了足够的催化稳定性。

质子化g-C3N4/β-SiC复合材料的制备及光催化降解茜素红性能

分别采用热解法和溶胶-凝胶-碳热还原法合成了石墨相氮化碳(g-C3N4)和纳米级碳化硅(β-Si C),通过浸渍-热处理法将两者复合并通过浓盐酸质子化,分别制备了g-C3N4/β-Si C和质子化g-C3N4/β-Si C(P-g-C3N4/β-Si C)复合光催化剂.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)和光致发光光谱(PL)等对样品进行了表征.结果表明,P-g-C3N4/β-Si C复合材料的比表面积增大,光生电子-空穴对的复合几率降低,光催化性能明显提高.在光催化降解染料茜素红(ARS)研究中,样品的可见光催化活性顺序为P-g-C3N4/β-Si C>g-C3N4/β-Si C>P-g-C3N4>g-C3N4>β-Si C.其中P-g-C3N4/β-Si C在60 min内对ARS的降解效率高达99.9%,符合准一阶动力学模型,速率常数为0.0967 min-1,且循环使用9次后,光催化降解效率仍保持97.5%以上.

Z型BiVO4/GO/g-C3N4复合材料的制备及其可见光下催化性能

Z-型光催化剂可以有效增强电荷分离,从而改善光催化剂的活性。采用浸渍–煅烧和水热法两步制备Z型BiVO4/GO/g-C3N4光催化剂,并用不同手段对其进行表征。在BiVO4/GO/g-C3N4的光催化过程中,GO纳米片作为BiVO4和g-C3N4之间的快速传输通道,可以抑制电子–空穴复合,显著促进电荷分离,提高三元异质结的氧化还原能力。与单组分或二元复合物相比,该催化剂具有良好的光降解罗丹明B(RhB)的能力。在可见光照射下,它能够在120 min内降解85%RhB,空穴(h+)在反应中起主要作用。该工作为三元光催化剂体系提供了简单的制备方法,其中g-C3N4通过GO与BiVO4偶联,光催化活性显著提高。

g-C3N4/TiO2@Ag复合材料的制备及可见光催化性能研究

以g-C_3N_4和表面沉积Ag的TiO_2微球为原料,超声混合制备了g-C_3N_4/TiO_2@Ag复合材料.采用FT-IR,XRD,XPS,SEM,DRS,UV-Vis和PL等表征手段对材料的结构、形貌及光学性能进行了表征,在可见光照射下测试了其对亚甲基蓝溶液(MB)的光催化活性.结果表明,该复合材料分离光生电子与空穴效率高,对MB的光降解率为97.4%,高于TiO_2@Ag(65.5%)和g-C_3N_4/TiO_2(89.7%)的降解率.

g-C3N4/煤系高岭土复合材料的制备及可见光催化氧化As(Ⅲ)的研究

以煤系高岭土(CK)、双氰胺为原料,采用热聚合法制得g-C3N4/煤系高岭土(g-C3N4/CK)复合材料,并用于光催化氧化As(Ⅲ)。通过XRD、SEM、UV-DRS、PL光谱等分析手段对g-C3N4/CK复合材料进行表征。结果表明,g-C3N4与CK复合后改善了g-C3N4片层团聚状态,抑制了光生电子和空穴的复合,具有更强的光催化氧化As(Ⅲ)能力。在所构造的复合催化剂中,g-C3N4/CK-15%光催化氧化As(Ⅲ)效果最佳,在光照210 min的条件下,As(Ⅲ)的氧化率可达90.54%;g-C3N4/CK-15%稳定性较佳,循环使用4次后仍有较强的光催化氧化能力。机理分析结果表明,空穴和超氧自由基是As(Ⅲ)氧化的主要活性基团。

g-C3N4/Ti-MOF复合材料的合成及其光催化性能

采用快速微波合成法合成了Ti-MOF(MOF,金属有机骨架材料),并在其基础上合成新型可见光响应光催化剂g-C3N4/Ti-MOF。通过X射线衍射、扫描电镜、EDS能谱仪、傅里叶变换红外光谱、N2吸附-脱附和紫外-可见漫反射光谱等手段对其进行表征,同时光催化还原Cr(Ⅵ)研究g-C3N4/Ti-MOF的光催化性能。结果表明,g-C3N4/Ti-MOF复合光催化剂在150 min内能还原92%的Cr(Ⅵ),远远高于g-C3N4和Ti-MOF;同时g-C3N4/Ti-MOF复合光催化剂经过4次循环实验后仍能保持较稳定的光催化活性。最后提出了g-C3N4/Ti-MOF复合材料光催化还原Cr(Ⅵ)的可能机理。