CdS/In_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的制备及光催化性能研究

采用溶剂热法成功合成了一种新型的Z型CdS/In_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)三元复合光催化材料。通过XRD、SEM、TEM、XPS和紫外-可见漫反射光谱仪对光催化材料的相结构、形貌、原子价态和光响应性能等进行表征,通过可见光降解苯酚评价其光催化活性。结果表明,具有零维结构的CdS、一维结构的In_(2)O_(3)和三维结构的g-C_(3)N_(4)形成了0D/1D/3D三元复合材料,该材料在180 min可有效降解90%的苯酚,降解速率是CdS的2.9倍、g-C_(3)N_(4)的6倍,且具有较高的稳定性。复合材料光催化能力的增强主要归因于三维多孔g-C_(3)N_(4)与CdS和In_(2)O_(3)形成的三维空间电场。三维多孔结构不仅有利于污染物的高效吸附,而且为光催化反应提供活性位点,三维空间和网络互连结构有利于光生电荷的定向迁移,增加载流子寿命。

基于Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的自供能紫外探测器的制备及性能研究

为了获得高性能的自供能紫外探测器,结合热聚法和溶液法成功制备了Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料,并对其微观形貌、晶体结构、元素组成及价态进行了表征。结果表明,Bi_(2)O_(3)呈蜂窝状结构的块体,其附着在具有层状结构的g-C_(3)N_(4)纳米片上。基于该异质结制备了无需外加偏压即能工作的紫外探测器。在紫外光照射下,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)光电探测器能够立即产生光电流并达到最大稳定值约0.43μA,相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,其光电流提升了约1.05倍。值得注意的是,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)紫外探测器还展现出了快的响应速度(约181.7 ms),并且其光电流与入射光强也具有良好的线性关系,表明该器件对不同强度的紫外光均能实现快速且稳定的探测。

Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)纳米复合材料的吸波和电磁屏蔽性能与机制

在电磁屏蔽领域,铁氧体是常用的涂覆型吸波剂,但以Fe_(3)O_(4)为首的铁氧体存在一些不足。本研究采用冷冻干燥的方法成功制备了花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料,Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料的花苞状结构对电磁波的多重反射、界面极化和电磁耦合作用等使复合材料具有更好的微波吸收性能。当频率为6.74 GHz时,最小反射损耗达到-51.41 dB,对应的匹配厚度为2.8 mm,这意味着它可以吸收99.99928%的电磁波。本研究中特殊的花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料表现出优异的吸波性能,在电磁屏蔽领域具有良好的应用前景。

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。

具有持续反应活性的g-C_(3)N_(4)/Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)复合材料的光学-催化行为研究

为促进环境友好型光催化技术的应用推广,通过热解聚合方式将g-C3N4负载于多孔Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)蓝色长余辉荧光粉上,制备具有持续反应活性的g-C_(3)N_(4)/Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)复合材料。首次采用累积污染物降解效率等一系列指标评价材料在光照及暗态下综合去除污染物效果。通过微观表征手段和NO去除试验研究了单组分复配质量比对复合材料的光学及催化性能的影响。结果表明,g-C_(3)N_(4)的复合对Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)的荧光强度和余辉性能产生了不利影响;但光照下,提高的光生载流子分离效率和光吸收能力使复合材料的光催化活性增强;暗态下,内在光源Sr_(2)MgSi_(2)O^(7):Eu^(2+),Dy^(3+)的存在赋予了复合材料持续去除NO的能力,该能力的持续时间与余辉亮度、光催化活性有关。本研究有助于推动持续活性光催化体系的发展。

In_(2)O_(3)@g-C_(3)N_(4)复合材料高效光催化降解有机污染物性能研究

以三聚氰胺(C_(3)H_(6)N_(6))和醋酸铟[In(C_(2)H_(3)O_(2))_(3)]为原材料,采用高温煅烧法制备了In_(2)O_(3)@g-C_(3)N_(4)光催化剂复合材料.实验通过FTIR、PL、XRD、TEM和HRTEM分别对材料的物化性能进行了表征.以罗丹明B(RhB)和四环素(TC)为目标污染物,对复合材料的光催化降解性能进行评估.结果表明,当复合材料中In_(2)O_(3)的配比为2.5%时,In_(2)O_(3)@g-C_(3)N_(4)复合材料对RhB和TC的降解效率比纯的g-C_(3)N_(4)提高了将近2倍.该材料经过5次循环降解实验后,降解率仍在90%以上,表明该材料具有优良的光催化稳定性.

基于ZnCo_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)的光电化学传感对双酚A的灵敏检测

本实验采用溶剂热法制备ZnCo_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4),并将其用于双酚A的灵敏检测。利用扫描电子显微镜观察ZnCo_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)的形貌特征,利用X-射线单晶衍射仪探究其的晶型结构,利用紫外可见漫反射光谱与莫特肖特基曲线探究其带隙值及能带结构,用循环伏安法以及交流阻抗法对制备的电极进行了电化学表征。研究表明实验的最佳电压为-0.7 V,利用ZnCo_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)构建的光电化学传感器检测双酚A,其线性范围为25.0~700.0 ng/L,最低检测限为16.6 ng/L,利用所制备的光电化学传感检测实际样品,回收率在93.0%~97.8%之间,相对标准偏差低于5%。

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。

柔性YAG-Al_(2)O_(3)纳米纤维膜负载C_(3)N_(4)的水处理性能研究

采用溶胶-凝胶法和静电纺丝技术制备了柔性钇铝石榴石-氧化铝(YAG-Al_(2)O_(3))纳米纤维膜,然后使用尿素包埋法将石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))引入到纤维膜孔隙中,制备了自支撑光催化降解钇铝石榴石-氧化铝/氮化碳(YAG-Al_(2)O_(3)/C_(3)N_(4))复合材料,表征了材料的形貌结构和力学行为,并研究了其在亚甲基蓝污水处理中的可见光催化降解性能。结果表明,YAG-Al_(2)O_(3)纳米纤维膜具有优异的柔韧性,YAG-Al_(2)O_(3)/C_(3)N_(4)复合材料在厚度方向具有良好的弹性,两者均为自支撑材料。100min内复合材料对亚甲基蓝的降解率可达96%以上,循环3次后降解率仍保持在94%左右。催化反应动力学符合Langmuir-Hinshelwood(L-H)模型,说明复合材料具有长期稳定且高效的催化降解效果。

α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的制备及光催化性能

采用水解法结合高温煅烧合成了一种高效的α-Fe_(2)O_(3)/石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))复合材料,通过控制前驱液中Fe^(3+)的含量设定复合材料中α-Fe_(2)O_(3)的质量分数依次为1%,3%,5%和7%,考察了复合材料在可见光照射下对罗丹明B(RhB)的光降解性能。光催化实验结果表明:与纯g-C_(3)N_(4)相比,复合材料的光催化性能均得到有效提升,α-Fe_(2)O_(3)的最佳含量为3%(质量分数);90min内用量为20mg的3%α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料对高浓度(20mg/L)RhB溶液的降解率高达87%,而相同条件下纯g-C_(3)N_(4)的降解率仅为27%;一级动力学拟合曲线揭示3%α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)的光催化降解速率最高为0.0167,是纯g-C_(3)N_(4)降解速率的9.36倍。复合材料的高催化活性归因于α-Fe_(2)O_(3)的引入,在材料内部形成了p-n结,有效地抑制了光生-电子空穴对的复合。

g-C_(3)N_(4)-Bi_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)复合材料光催化还原水中U(Ⅵ)

采用热聚合法制备了氮化碳-氧化铋-氧化铝(g-C_(3)N_(4)-Bi_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3))光催化剂,并通过XRD、SEM、XPS等多种手段进行了表征,考察了该催化剂对模拟含铀废水中U(Ⅵ)的光催化还原性能和重复利用性能,探讨了其光催化还原U(Ⅵ)的机理。结果表明,在g-C_(3)N_(4)-Bi_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)投加量为0.5 g/L、废水初始pH为5、U(Ⅵ)质量浓度为10 mg/L的条件下,经暗反应30 min、光反应60 min后,废水中U(Ⅵ)去除率达到98%。g-C_(3)N_(4)-Bi_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)重复使用5次后对U(Ⅵ)的去除率仍可达85%,表现出良好的稳定性和重复利用性能。g-C_(3)N_(4)-Bi_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)光催化剂还原U(Ⅵ)的主要机理是光生电子(e-)和超氧自由基(·O_(2)-)的作用。

磁性g-C_(3)N_(4)/CoFe_(2)O_(4)光催化剂的制备及其性能研究

采用超声低温煅烧法制备了一种可回收的磁性复合光催化材料g-C_(3)N_(4)/CoFe_(2)O_(4),并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis)等对样品进行了表征。以罗丹明B(RhB)为代表性污染物,探究了g-C_(3)N_(4)/CoFe_(2)O_(4)的光催化性能。结果表明:g-C_(3)N_(4)与CoFe_(2)O_(4)复合质量比为3∶1时g-C_(3)N_(4)/CoFe_(2)O_(4)表现出最佳的光催化活性,重复使用5次后对RhB降解率仍能达到92%,表现出良好的使用稳定性。在外部磁场的作用下,可将其进行有效的分离回收。光催化降解机理研究表明,·OH和·O_(2)^(-)是光催化降解RhB的主要活性物种。

g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/MnO_(2)光催化剂制备及光催化性能研究

以尿素和铁盐为原料,负载了MnO_(2),利用原位沉淀法与煅烧法制备g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/MnO_(2)复合材料。使用XRD、FT-IR、UV-Vis DRS对合成的部分光催化剂进行表征。结果表明:g-C_(3)N_(4)为类石墨的层状结构,Fe_(3)O_(4)和Mn O_(2)通过分子间作用力与g-C_(3)N_(4)复合。在不同反应条件下的可见光诱导的光催化实验表明,当m(Mn)∶m(g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4))=1∶1时,g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/MnO_(2)复合材料具有出色的降解污染物的能力,其中光降解反应的优化条件为g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/MnO_(2)复合材料的剂量为0.4 g,亚甲基蓝的质量浓度为4 mg·L^(-1),温度为25℃,pH=7。经过4次回收和重复使用后,回收率在85%以上,在降解相同的时间(330 min)内降解率能达到83%。

g-C_(3)N_(4)/Fe_(2)O_(3)复合催化剂的表征及其对AP的催化作用

为了改善固体推进剂中高氯酸铵(AP)热分解性能,降低其热分解温度,利用SEM,XRD,FT-IR对原位制备的g-C_(3)N_(4)/Fe_(2)O_(3)复合催化剂的形貌和结构进行了表征,通过差示扫描量热法(DSC)考察了催化剂对AP热分解的催化效果。结果表明:g-C_(3)N_(4)/Fe_(2)O_(3)复合结构完整,Fe_(2)O_(3)颗粒紧密负载在g-C_(3)N_(4)上;加入不同质量分数的复合催化剂,AP的低温分解峰和高温分解峰都明显降低,且随着催化剂加入量的增加催化效果增强;加入复合催化剂质量分数5%时,高温分解峰和低温分解峰分别降低到348.1℃和281.7℃,表明g-C_(3)N_(4)/Fe_(2)O_(3)复合催化剂可有效降低AP的热分解温度,改善其热分解性能。

磁性CoFe_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)复合纳米材料对环丙沙星的光催化降解研究

制备一种可回收的磁性复合纳米光催化材料CoFe_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4),并对其表面形貌、元素和化学组成、比表面积、官能团特征和晶体结构进行表征与分析。以环丙沙星(CIP)为代表性污染物,在不同温度(300℃,400℃和500℃)和复合比例(CoFe_(2)O_(4):g-C_(3)N_(4)=10%,20%和40%,w/w)条件下,考察磁性CoFe_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)复合纳米材料的光催化降解能力。结果表明,在优化的制备条件下,投加0.9 g/L CoFe_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)时,对10 mg/L CIP(pH=6.6)的120分钟光降解率可以达到75.1%±0.1%。在外加磁场作用下,该纳米材料可实现快速分离回收。经过5次循环回收利用后,光催化能力仍能达到最初效率的90%以上,表现出较好的稳定性。荧光发射光谱图显示,CoFe_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)复合纳米材料中的电子‒空穴复合速率显著降低,可以提高其对CIP的光催化效果。

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。

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.

C_(3)N_(4)-Ti_(4)O_(7)-MoS_(2)复合催化剂界面效应增强电催化析氢性能

电催化水裂解是目前最有前景的制氢技术之一。二硫化钼(MoS_(2))作为最有前途的非贵金属电解水制氢催化剂之一,受有限的催化位点和弱电导率的困扰,迫切地需要被进一步优化。本文采用简单的水热方法构建了C_(3)N_(4)-Ti_(4)O_(7)-MoS_(2)异质催化剂,利用活性组分间的界面相互作用,实现了催化剂活性位点的高度暴露、表面电荷的再分布、氢吸附动力学和稳定性的优化,改进了MoS_(2)的电催化析氢性能。结果表明,界面效应赋予C_(3)N_(4)-Ti_(4)O_(7)-MoS_(2)催化剂优异的电催化活性,即300 mV的过电位下获得50 mA/cm2的电流密度以及较低的Tafel斜率(54 mV/dec),长达33 h的析氢反应后仍保持高的催化活性,其电催化析氢性能优于纯MoS_(2)。结果表明,界面效应作为一种合理改进MoS_(2)基电催化剂的策略,对开发新型高效制氢电催化剂的发展至关重要。

g-C_(3)N_(4)/MoS_(2)/Fe_(2)O_(3)复合光催化剂的制备及其光催化还原Cr(Ⅵ)的性能

采用简单的球磨法制备了g-C_(3)N_(4)/MoS_(2)/Fe_(2)O_(3)三元复合光催化材料,并通过XRD、SEM、UV-Vis DRS方法进行表征。与纯g-C_(3)N_(4)相比,三元复合材料g-C_(3)N_(4)/MoS_(2)/Fe_(2)O_(3)光吸收明显红移,对可见光的利用率明显提升,球磨使3种原材料之间有良好的界面接触,且未改变晶相结构。光催化性能测试表明,t=140 min,具有最佳光催化性能的g-C_(3)N_(4)/MoS_(2)/Fe_(2)O_(3)-20%样品对Cr(Ⅵ)的去除率可达到94.6%,远高于纯g-C_(3)N_(4)(51.8%),且可以利用磁铁方便回收,稳定性良好。电化学阻抗谱(EIS)和瞬态光电流(IT)测试表明,g-C_(3)N_(4)/MoS_(2)/Fe_(2)O_(3)光催化性能提升的主要原因是MoS_(2)和Fe_(2)O_(3)的复合提高了g-C_(3)N_(4)光生载流子的迁移和分离速率。该光催化剂的设计制备为光催化技术的实际应用提供了理论基础。

基于Fe_(3)O_(4)/Ti_(3)C_(2)肖特基异质结的构筑及其光催化性能

Fe_(3)O_(4)具有良好的稳定性、窄的带隙以及对太阳光较高的利用率等特点。但是由于其带隙窄、光生电子与空穴的复合速率快等缺点,不利于光催化反应的进行,并且限制了其在光催化领域的发展。通过一步溶剂热法制备Fe_(3)O_(4)/Ti_(3)C_(2)肖特基异质结的复合材料,避免了复杂的制备过程,有效地抑制了Ti_(3)C_(2)的自氧化。通过构筑肖特基异质结,有效地抑制了光生电子与空穴的复合,显著增强其光催化性能。当Fe_(3)O_(4)与Ti_(3)C_(2)摩尔比为0.5∶1时(FT-0.5),对罗丹明B的降解效率可达81%,其反应速率是单一Fe_(3)O_(4)的3.115倍;光电流密度可达2.52μA/cm^(2),是其单一Fe_(3)O_(4)的2.5倍;禁带宽度为1.90 eV,比单一Fe_(3)O_(4)的禁带宽度拓宽0.24 eV。实验结果验证了Fe_(3)O_(4)与Ti_(3)C_(2)形成的肖特基异质结可以显著地提升其光催化性能,这表明优化的光催化材料有着广泛的应用前景。