固相反应合成ZnO/g-C3N4光催化剂及光催化性能

以乙酸锌、氢氧化钠和g-C3N4粉末为原料,并添加十二烷基苯磺酸钠粉末作为表面活性剂,采用室温固相研磨法制备了ZnO/g-C3N4光催化剂。并研究了复合材料的光催化性能。研究结果表明,经固相研磨后,会形成ZnO/g-C3N4复合材料,g-C3N4充分细化成薄片状。添加十二烷基苯磺酸钠粉末促进了g-C3N4发生相变。当g-C3N4含量较低时,产物的形貌呈现为纳米花,实际上是因为大量的氧化锌纳米片负载到g-C3N4片上。当g-C3N4含量较高时,产物为二维纳米片,由氧化锌纳米颗粒负载到g-C3N4片上。合成的ZnO/g-C3N4复合材料对亚甲基蓝表现出良好的可见光催化活性。

Cu^2+改性g-C3N4光催化剂的光催化性能

本文通过将Cu^2+掺入g-C3N4结构中成功制备了Cu/g-C3N4光催化剂,并进一步优化其光催化性能。同时,采用多种表征方法对Cu/g-C3N4光催化剂的结构、形貌、光学和光电性能进行了分析。X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)结果表明制备的光催化剂为Cu/g-C3N4,且Cu的价态为+2。在可见光照射下,研究了不同铜含量的Cu/g-C3N4和gC3N4光催化剂的光催化活性。实验结果表明,Cu/g-C3N4光催化剂的降解能力显著高于纯相的g-C3N4。N2吸附-解吸等温线表明,Cu^2+的引入对g-C3N4的微观结构影响不大,说明光催化活性的提高可能与光生载流子的有效分离有关。因此,Cu/g-C3N4光催化降解RhB和CIP性能的提升可能是由于Cu^2+可以作为电子捕获陷阱从而降低了载流子的复合速率。通过光电测试表明,在g-C3N4中掺入Cu^2+可以降低g-C3N4的电子空穴复合速率,加速电子空穴对的分离,从而提高了其光催化活性。自由基捕获实验和电子自旋共振(ESR)结果表明,超氧自由基(O2·-)、羟基自由基(·OH)和空穴的协同作用提高了Cu/g-C3N4光催化剂的光催化活性。

基于g-C3N4光催化剂缺陷设计的改进策略

类石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种共轭聚合物半导体,独特的π共轭结构使其具有良好的光催化活性,成为光催化领域的研究热点。虽然g-C3N4具有化学稳定性高、制备方法简便、成本低等优点,但是由于其具有可见光吸收不足、光生载流子分离效率低、比表面积不足等缺点,使其在实际应用中受到较大限制。因此通过不同的方法对g-C3N4进行改性修饰成为近年来的该领域的研究重点。本文综述了近年来有关通过构建异质结、元素掺杂、形貌改变、碳材料负载等方法提高g-C3N4的光催化活性的研究,阐述了相关杂化材料的增强光催化机理,并对今后的研究进行了展望。

g-C3N4光催化剂的制备及改性研究进展

作为一种可见光响应的半导体聚合物光催化剂,石墨相氮化碳(g-C3N4)在抑制环境污染和解决能源短缺方面具有广阔的应用前景。然而,传统方法合成的g-C3N4光催化剂比表面积小、禁带宽度大、光生电子-空穴易于复合,抑制了其光催化活性,需要对其进行改性来提高光催化能力。在介绍g-C3N4的制备方法的基础上,综述了g-C3N4在元素掺杂、构建有效晶面复合的异质结或纳米复合物及构建等离子体等光催化剂改性方面的研究进展。

g-C3N4光催化剂改性方法的研究进展

g-C3N4作为一种新型的可见光光催化材料,制备简单、化学稳定性好,从而在光催化领域吸引了众多研究者的目光。但直接通过高温热解法制备的块体g-C3N4受到比表面积小、光生载流子复合率高等限制,光催化性能并不理想。通过构建介孔g-C3N4、2Dg-C3N4、离子掺杂、贵金属沉积和与其它半导体复合均能在一定程度上提高光催化活性。

六方棱柱状Ag/g-C3N4光催化剂的制备及光催化活性研究

通过水热还原法制备了银负载的石墨碳氮化物(Ag/g-C3N4)光催化剂。采用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和能量色散光谱仪对催化剂样品进行表征。结果表明,制备的Ag/g-C3N4光催化剂呈六方棱柱状,且单分散的Ag纳米粒子沉积在g-C3N4表面。光催化降解罗丹明B实验表明,AgNO3与g-C3N4质量比为0.15∶1时,Ag/g-C3N4光催化剂表现出最佳的降解性能,降解常数约为纯g-C3N4降解常数的6倍。

WO3/g-C3N4光催化剂的制备及降解双酚A研究

利用光催化实现双酚A污染物的降解消除具有重要意义和研究潜力。石墨相氮化碳(g-C3N4)是一类新发现的具有可见光响应的半导体催化剂,在g-C3N4中添加了WO3可解决单一g-C3N4的反应活性较低的缺点。文章首先制备了不同含量的WO3/g-C3N4样品,再利用多种测试方法对WO3添加后的g-C3N4进行特性表征,明确了WO3对于g-C3N4催化性能提升的理论可能性,最后考察了WO3/g-C3N4催化剂对于降解罗丹明B(Rhodamine B,RhB)和甲基橙(Methyl Orange,MO)和双酚A(bisphenol A,BPA)的作用效果。结果表明,WO3的添加对于RhB和MO的降解影响很小,而对于BPA的降解提升很大,这可能与15%WO3/g-C3N4样品能产生较多的高活性羟基自由基有关。

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。

高效可见光催化剂g-C_3N_4的制备及其催化性能研究

利用马弗炉在空气氛围下高温分解尿素制备具有高效可见光催化活性的类石墨烯g-C_3N_4光催化剂.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱等手段对样品进行性能表征.研究结果表明,升温速率对所制备的g-C_3N_4的晶型结构有显著影响,在升温速率为2℃/min时,所制备的g-C_3N_4的XRD衍射峰与其标准衍射图谱相一致;保温时问长短对所制备的g-C_3N_4的XRD衍射峰产生影响,保温温度则对其影响不大;最佳的制备条件为升温速率2℃/min,500℃恒温5 h.光催化活性实验表明,所制备的光催化剂g-C_3N_4具有优异的可见光催化活性,在可见光辐射50 min条件下,罗丹明B的降解率可达90%.

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。

热聚合法制备ZnO/g-C_3N_4复合光催化剂及其光催化性能研究

以尿素、乙酸锌为前驱体,采用热聚合方法制备ZnO/g-C_3N_4复合光催化剂。通过X射线衍射、扫描电镜、红外光谱、紫外-可见光光谱及X射线电子能谱,对样品的晶体结构、形貌及光学性质进行表征。以紫外灯为光源,以酸性红(AR)为废水降解模型考察复合材料的光催化活性。结果表明:制得的复合光催化剂光催化性能要好于纯g-C_3N_4,且当ZnO∶g-C_3N_4=0.5∶1(摩尔比)时,光催化活性最高。复合后的光催化剂对反应底物有更强的吸附能力,能更有效地抑制电子-空穴的复合。进一步对AR的降解机理进行了探讨,发现超氧根自由基(O-·2)是使AR有效降解的活性物种。

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.

TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备及可见光降解罗丹明B研究

通过溶胶-凝胶法在TiO2的制备过程中掺杂入石墨相氮化碳(g-C3N4),一步反应得到TiO2/g-C3N4复合光催化剂。分别采用TEM、XRD、FTIR和UV-Vis表征手段进行催化剂的微观形貌、晶型、活性官能团和光利用率分析。以光催化降解罗丹明B(RhB)为探针反应,对复合光催化剂在不同制备条件及不同催化条件的催化活性进行了研究。结果表明,g-C3N4成功掺入TiO2中,形成TiO2/g-C3N4异质结构,并扩大了光吸收范围。其中,TiO2与g-C3N4的质量比为0.9、500℃煅烧2h所得材料的光催化性能最佳。当TiO2/g-C3N4-0.9的投加量为100mg/L,废水中RhB浓度为1×10-5mol/L,pH值为6.5,可见光下反应180min后,对罗丹明B的降解率可达到58.9%,其在弱酸弱碱环境也同样适用,且稳定性好,重复利用5次以后催化效果仍能达到58.1%。同时对其反应机理进行探究,罗丹明B的光催化反应符合准一级动力学模型,在反应体系中起主要作用的活性物质为·O-2,计算得其贡献率为75%。

Z型可见光催化剂Au NPs/g-C3N4/BiOBr的构建及其光催化性能（英文）

通过水热和原位还原法制备了一种新型Z型异质结三元复合材料Au NPs/g-C3N4/BiOBr,并通过X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱和光致发光发射光谱等技术对材料的形貌、结构进行了表征。通过在可见光下降解苯酚来评价光催化剂的活性。研究发现,Au NPs/g-C3N4/BiOBr显示出增强的光催化活性,对苯酚的降解能力是g-C3N4的3倍,是BiOBr的2.5倍。这可归因于三元复合材料的窄带隙(2.10eV)、Z型机理对光生电子-空穴对的有效分离和Au纳米颗粒的表面等离子体共振效应(SPR)。

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.

g-C3N4/ZnO复合光催化剂的制备及其光催化活性

以硝酸锌、三聚氰胺、氢氧化钠为原料,采用回流法合成g-C_3N_4/Zn O复合光催化剂。利用傅里叶红外光谱(FTIR),X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)及N_2吸附-脱附(BET)等技术对所合成样品的组成和形貌进行表征。在模拟太阳光条件下,以亚甲基蓝为模拟污染物评价催化剂的活性。结果表明,g-C_3N_4加入量为5wt%,煅烧温度500℃,煅烧时间2 h条件下制备的复合光催化剂具有最佳的光催化活性。5wt%g-C_3N_4/Zn O复合光催化剂在反应40 min时对亚甲基蓝的降解率可达到98.5%,其光催化降解速率为纯Zn O的2.8倍。

Co_3O_4/mpg-C_3N_4催化剂的制备及其可见光催化性能研究

采用浸渍法制备了载钴介孔石墨相氮化碳(Co3O4/mpg-C3N4)催化剂,并对其进行X射线衍射(XRD),红外光谱(FT-IR),N2吸附脱附,紫外漫反射光谱(UV-vis DRS)和光生电流的表征。结果显示,Co3O4的引入提高了mpg-C3N4的光吸收性能,利于其表面光生电子和空穴的分离。将制得的Co3O4/mpg-C3N4用于可见光催化降解水中的亚甲基蓝(MB),其催化效率远高于mpg-C3N4,且最佳的钴负载量为3%。

Ag/g-C3N4复合微纳米光催化剂的合成及其降解性能

以尿素为原料,通过高温热缩聚法制备出石墨相氮化碳(g-C3N4),并通过超声剥离,破坏g-C3N4层状结构,得到分散的片状结构。将不同量的硝酸银配成银氨溶液,抗坏血酸将其还原成银,并在搅拌下沉积在g-C3N4的表面,得到不同银负载量的Ag/g-C3N4。利用X-射线衍射仪、纳米粒度仪以及红外光谱仪对其进行表征。最后在紫外-可见光谱仪的测试下,通过降解甲基橙和罗丹明B,比较光催化剂对降解物的选择性降解。结果表明:在可见光的照射下,由90mg硝酸银与100mgg-C3N4制备的复合光催化材料表现出最佳的降解效果,远大于复合之前g-C3N4的降解效果。而且对罗丹明B的降解性大于甲基橙,表明光催化材料对降解物具有选择性。

g-C_3N_4/BiFeO_3复合可见光催化剂的制备及其光催化性能

采用微波溶剂热法和简单的固相热分解反应成功制备了g-C_3N_4/BiFeO_3/BiFeO_3复合可见光催化剂,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等技术对所制备的催化剂进行了表征。结果显示,复合可见光催化剂保持BiFeO_3的钙钛矿结构,g-C_3N_4/BiFeO_3只是复合在BiFeO_3的表面,没有改变BiFeO_3的晶体结构;UV-Vis DRS测试显示,g-C_3N_4/BiFeO_3/BiFeO_3的吸收带边发生了红移,可见光吸收能力得到提升。g-C_3N_4/BiFeO_3和BiFeO_3形成的异质结结构,很好地抑制了光生电子-空穴对的复合率;以罗丹明B为目标降解物,研究了催化剂的可见光催化性能。结果表明,g-C_3N_4/BiFeO_3和BiFeO_3的复合可以显著地提高催化剂的可见光催化活性;在g-C_3N_4/BiFeO_3的掺入量为15%时,g-C_3N_4/BiFeO_3/BiFeO_3对罗丹明B的可见光催化降解率可以达到93.62%。