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%。

TiO_(2)@C/g-C_(3)N_(4)的制备及其光催化降解四环素

采用一步煅烧法制备了二元异质结光催化剂TiO_(2)@C/g-C_(3)N_(4),运用XRD、TEM、XPS和能带结构分析等多种技术手段对其进行了表征,考察了TiO_(2)@C/g-C_(3)N_(4)在模拟可见光照射下对四环素(TC)的光催化降解性能.表征结果显示:TiO_(2)@C附着在g-C_(3)N_(4)表面上,二者之间形成了传统Ⅱ型异质结.实验结果表明:TiO_(2)@C/g-C_(3)N_(4)催化剂比g-C_(3)N_(4)和TiO_(2)@C催化剂具有更高的光催化活性,在TC质量浓度20 mg·L^(-1),GTC-2(Ti_(3)C_(2)的重量为0.06 g)加入量0.3 g的条件下,经光照射80 min后,TC去除率可达87.3%,速率常数为0.026 min^(−1);经过5次循环实验后,TC去除率从87.3%略微降低至80%,表现出良好的稳定性和可重复利用性.GTC-2光催化降解TC过程中发生的氧化还原反应分别在TiO_(2)@C和g-C_(3)N_(4)的表面进行,TiO_(2)@C与g-C_(3)N_(4)之间高度紧密的接触面形成了Ⅱ型异质结,实现了电子和空穴的快速分离,降低了二者在催化剂内部的复合速率,提高了催化性能.电子自旋顺磁共振谱(EPR)测试结果表明,TC降解过程中起主要作用的活性物质有超氧自由基(·O_(2)−)、空穴(h^(+))及羟基自由基(·OH).

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。

非金属B掺杂g-C3N5催化剂的制备及对亚甲基蓝的降解

通过高温溶剂热解的方法制备B/g-C3N4催化剂,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、瞬态荧光光谱(PL)等对B/g-C_(3)N_(5)催化剂的晶型、官能团等进行表征。以亚甲基蓝(MB)染料溶液为模拟污染物,研究了可见光照射下不同质量比掺杂对B/g-C_(3)N_(5)光催化活性的影响。结果表明:非金属B掺杂实现了g-C_(3)N_(5)的e^(-)-h^(+)的高效分离,提高了可见光的吸收性能,光谱范围发生明显红移。当非金属B掺杂量为3%时,B/g-C3N5催化剂活性最佳,其对MB的光催化降解率达到95%,B/g-C3N5催化剂循环使用5次后其对MB的光催化降解率仍达到90%。活性自由基·O_(2)^(-)和h^(+)可将MB高效降解为CO_(2)和H_(2)O等无机小分子。

稻草炭/g-C3N4的制备及其吸附性能研究

以稻草和尿素为原料,在300,550℃限氧热解制得稻草炭、g-C3N4,将g-C3N4负载于稻草炭表面,制得BC/g-C3N4,考察BC/g-C3N4投加量、pH值等对亚甲基蓝(MB)吸附效果的影响。结果表明,初始浓度为50mg/L、pH值为11的MB溶液中,投加0.16g/L掺杂比为1∶3的BC/g-C3N4,反应2h时,吸附率和吸附量分别为96.72%和302.25mg/g。吸附过程包括表面吸附和颗粒内扩散,符合准二级动力学模型和Langmuir-Freundlich模型。热力学参数ΔG^0<0、ΔH^0>0、ΔS^0>0,表明该吸附反应是自发进行的,且与温度呈正相关。

多孔化改性对g-C_3N_4/CdS复合光催化剂制备及光催化活性的影响

以三聚氰胺盐酸盐为前驱体,用高温缩聚方法制备多孔化改性的类石墨相氮化碳(pg-C_3N_4)材料;用水热法制备CdS纳米中空微球,用沉积法将pg-C_3N_4与CdS有效复合,制备pg-C_3N_4/CdS复合光催化剂;用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、Fourier变换红外光谱(FTIR)、紫外可见光谱(UV-Vis)、荧光光谱及电化学阻抗谱对样品进行表征;用可见光催化降解染料罗丹明B(RhB)对其光催化活性进行评价,并给出pg-C_3N_4/CdS光催化降解RhB的机理.结果表明:石墨相氮化碳(g-C_3N_4)的多孔化改性有利于其与CdS间形成紧密界面,进而促进pg-C_3N_4/CdS光生电子-空穴的分离和传递,有效提高了其光催化活性和稳定性.

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。

ZnO/g-C_3N_4复合型光催化剂的制备及其光催化性能

以三聚氰胺(C_3H_6N_6)为前驱体,采用热解法合成类石墨相氮化碳(g-C_3N_4),再将其与乙酸锌[Zn(CH3COO)2·2H2O]以不同质量比复合煅烧法合成光催化剂Zn O/g-C_3N_4,并用SEM、XRD和DRS等对其进行了表征分析.以亚甲基蓝(MB)为模拟污染物,考察了Zn O/g-C_3N_4光催化剂的可见光催化性能;探究了添加不同活性物种捕获剂后对可见光催化性能的影响,进而推测了MB的降解机理.结果表明,与单纯的Zn O和g-C_3N_4相比,Zn O/g-C_3N_4复合型光催化剂的光催化性能有所提高,其中Zn O的含量为0.05wt%时光催化性能最佳,降解率能达到80%;羟基自由基(·OH)、光生空穴(h+)和超氧自由基(·O-2)是使MB有效降解的活性物种.

g-C_3N_4光催化性能的研究进展

利用光催化剂将太阳能转化为人类可以直接利用的能量,并用其解决地球资源的枯竭和生存环境的恶化是可再生清洁能源研究的一个方向。g-C3N4的独特结构赋予其良好的光催化性能,使之成为光催化领域的研究热点。目前在光催化领域,g-C3N4主要用于催化污染物分解、水解制氢制氧、有机合成及氧气还原。在实际应用中,为进一步提高g-C3N4的光催化效果,科研工作者开发了多种改进方法,例如物理复合改性、化学掺杂改性、微观结构调整等。本文主要论述了g-C3N4在光催化领域的应用以及光催化性能的改进方法,简要阐述了光催化和各种改进方法的机理,分析了目前g-C3N4在光催化领域面临的问题和挑战,展望了g-C3N4的应用前景。

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/TiO2复合光催化剂的制备及其性能研究

以四异丙醇钛和三乙胺为原料,通过水解法合成TiO2。三聚氰胺于580℃煅烧得到g-C3N4,g-C3N4与TiO2按一定比例混合,在超声波条件下加入适量的甲醇得到复合材料g-C3N4/TiO2。以甲基橙为光催化反应模型考察了复合材料的紫外光催化活性。结果表明,g-C3N4/TiO2具有良好的光催化活性,用量3%时,甲基橙脱色率达96.6%。

Ag/Ag_3PO_4/g-C_3N_4复合光催化剂的合成与再生及其可见光下的光催化性能(英文)

研究了用离子交换沉淀法制备的Ag/Ag3PO4/g-C3N4的可见光光催化性能及再生方法.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱及X射线光电子能谱(XPS)对其进行了结构特性分析.XRD结果显示再生后催化剂的结构未发生改变.FESEM及UV-Vis分析结果说明催化剂由Ag3PO4与g-C3N4复合而成.XPS分析结果表明催化剂表面出现少量的银单质.利用可见光(λ>420nm)照射下的苯酚降解实验评价了样品的光催化活性,并通过活性物种及能带结构的分析对催化剂的光催化机理进行了推测.研究表明,Ag/Ag3PO4/g-C3N4的光催化活性明显高于纯Ag3PO4及纯g-C3N4,主要原因归结为单质银、Ag3PO4及g-C3N4的协同效应.经过氧化氢和磷酸氢铵钠(NaNH4HPO4)的再生可完全恢复催化剂的活性,这表明该绿色环保的再生方法可实现Ag/Ag3PO4/g-C3N4催化剂在环境中的实际应用.

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。

WO3/g-C3N4异质结催化剂的制备及其氧化脱硫性能

以尿素和钨酸铵为原料采用浸渍法制备了金属氧化物三氧化钨(WO3)与石墨相氮化碳(g-C3N4)异质结复合材料WO3/g-C3N4。采用XRD、UV-vis、SEM、PL和XPS表征手段考察了催化剂的理化性质,发现WO3与g-C3N4存在较好的相互作用和电子转移,保证了WO3/g-C3N4本身所具有较高的氧化脱硫活性。以WO3/g-C3N4作为催化剂,过氧化氢异丙苯为氧化剂,考察其光催化氧化脱硫性能,在反应温度80℃,O/S物质的量比为3.0的反应条件下,反应180min,二苯并噻吩(DBT)转化率可以达到72.79%。通过游离基捕获实验,发现超氧自由基(·O2^-)、电子(e^-)、羟基自由基(·OH)起到了促进反应速率的作用,并对该体系的反应机理进行了探讨。

碱金属修饰g-C_3N_4的能带结构调控与载流子迁移过程

采用平面波超软赝势方法研究了Li、Na、K三种碱金属离子修饰对g-C_3N_4能带结构和载流子迁移过程的影响。对建立的六种吸附构型分别采用广义梯度近似和局域密度近似进行计算,发现三种碱金属离子均更趋向于吸附在g-C_3N_4片层内的大空洞中央位置(F位置)。对于碱金属与g-C_3N_4形成的n型Schottky结,通过能带结构和功函数的计算,发现界面电荷的平衡使g-C_3N_4的能带电位分别整体下移1.52V(Li)、1.07V(Na)、0.86V(K)。其中K离子的引入一方面将g-C_3N_4的价带和导带调整到更合适的氧化还原电位,另一方面增大了g-C_3N_4的最高占据轨道(HOMO)和最低未占据轨道(LOMO)的分布,有利于提高载流子的迁移率,同时出现的HOMO和LOMO轨道非共面特性有利于电子和空穴的分离。

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。

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。

溶剂热法制备TiO2／g-C3N4及其光催化性能

采用溶剂热法合成了可见光响应的TiO_2/g-C_3N_4复合光催化剂,并对TiO_2/g-C_3N_4进行质子化处理。通过X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附BET法、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对样品进行了表征,并以甲基橙(MO)光催化降解为模型反应,考察了可见光下制备的样品的光催化性能。结果表明,多孔TiO_2纳米晶与g-C_3N_4形成具有"芝麻饼"形貌的复合结构;TiO_2/g-C_3N_4复合光催化剂的光吸收带边扩展到465 nm,较TiO_2出现明显红移;TiO_2与g-C_3N_4能带匹配耦合,有效地抑制了电子与空穴的复合;质子化处理过程能够提高可见光区吸收强度和电子的传导能力,增强了TiO_2的光催化活性。

非等温热重法研究g-C_3N_4热分解动力学

在半封闭系统中采用直接热解三聚氰胺的方法制备了C3N4,XRD、XPS及元素分析的结果证明了产物是类石墨相C3N4(g-C3N4)。用热分析(TG/DTG)研究了g-C3N4的热分解过程。通过迭代法计算了热分解反应活化能Eα,采用积分法结合36种动力学函数来判断g-C3N4热分解的机理函数。计算结果表明,g-C3N4的平均热分解活化能Eα为178.59kJ/mol,可能的动力学函数积分形式是g(α)=[-ln(1-α)]4,指前因子A为21.67s-1,对应的热分解动力学方程为:dα/dT=21.6 7/βexp((-178.59×103)/RT)×1/4(1-α)[-ln(1-α)

微量Ag_3PO_4改性g-C_3N_4的可见光催化活性研究

采用一种简易方法制备了较低Ag3PO4含量的Ag3PO4/g-C3N4复合可见光催化剂,采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、荧光光谱(PL)和X射线光电子能谱(XPS)等对Ag3PO4/gC3N4进行了系统分析与表征。通过在Ag3PO4/g-C3N4存在条件下甲基橙的光降解反应,考察该催化剂的可见光催化活性。结果表明,所制备的复合材料中确实存在Ag3PO4,Ag3PO4的引入对gC3N4晶型结构没有明显的影响,但显著提高了其在可见光区的吸收能力和光生电子/空穴对的分离效率,提高了其可见光催化活性。