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%。

熔盐辅助法制备g-C_(3)N_(4)纳米结构及其光催化制氢性能

以尿素作为原料,采用熔盐辅助热聚合法在KCl-NaCl-BaCl_(2)体系中制备了带隙可调的g-C_(3)N_(4)纳米结构.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪及荧光光谱仪对产物的结构、形貌、成分及光学性能进行了表征.对g-C_(3)N_(4)纳米结构可见光条件下的光催化制氢性能进行了测试,研究了不同的尿素/熔盐比对其光催化性能的影响.结果表明,熔盐辅助热聚合法制备的g-C_(3)N_(4)纳米结构吸收光谱出现明显宽化,吸收边由普通热聚合法制备g-C_(3)N_(4)的约450 nm红移至约500 nm左右.同时光生载流子复合几率明显降低,从而有效提升其光催化制氢性能.最优化的g-C_(3)N_(4)(60)样品析氢速率达到12301.1μmol∙g^(‒1)∙h^(‒1),为普通热聚合法制备g-C_(3)N_(4)析氢速率的4倍.

g-C_(3)N_(4)纳米带的电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用密度泛函理论的第一性原理方法研究了扶手椅型g-C_(3)N_(4)纳米带(AC-g-C_(3)N_(4)NRs)和锯齿型g-C_(3)N_(4)纳米带(ZZ-g-C_(3)N_(4)NRs)的电子结构和光学性质。结果表明:AC-g-C_(3)N_(4)NRs和ZZ-g-C_(3)N_(4)NRs的边缘H原子均能稳定存在。AC-g-C_(3)N_(4)NRs的价带顶主要由多数N原子贡献,而ZZ-g-C_(3)N_(4)NRs的价带顶主要由CH边缘附近的N原子贡献。AC-g-C_(3)N_(4)NRs的导带底主要属于纳米带一侧边缘或两侧边缘附近的C原子和N原子,而ZZ-g-C_(3)N_(4)NRs导带底主要属于ZZ-g-C_(3)N_(4)NRs的NH边缘附近的C原子和N原子。AC-g-C_(3)N_(4)NRs和ZZ-g-C_(3)N_(4)NRs的吸收系数和反射率都随纳米带宽度的增加而增加。随着AC-g-C_(3)N_(4)NR宽度的增加,吸收系数在低能区域产生明显的蓝移现象。

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。

TiN/Si_3N_4纳米多层膜的生长结构与超硬效应

采用磁控溅射方法制备了一系列不同Si3N4和TiN层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜,采用X射线衍射、高分辨电子显微分析和微力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能,研究了Si3N4和TiN层厚对多层膜生长结构和力学性能的影响。结果表明:当Si3N4层厚小于0.7 nm时,原为非晶的Si3N4在TiN的模板作用下晶化并与之形成共格外延生长的柱状晶,使TiN/Si3N4多层膜产生硬度和弹性模量异常升高的超硬效应。最高硬度和弹性模量分别为34.0 GPa和353.5 GPa。当其厚度大于1.3 nm时,Si3N4呈现非晶态,阻断了TiN的外延生长,多层膜的力学性能明显降低。此外,TiN层厚的增加也会对TiN/Si3N4多层膜的生长结构和力学性能造成影响,随着TiN层厚的增加,多层膜的硬度和弹性模量缓慢下降。

TiN／Si_3N_4纳米晶复合膜的微结构和强化机制

采用高分辨透射电子显微镜对高硬度的TiN／Si3N4纳米晶复合膜的观察发现,这类薄膜的微结构与Veprek提出的nc-TiN／a-Si3N4模型有很大不同;复合膜中的TiN晶粒为平均直径约10nm的柱状晶,存在于柱晶之间的Si3N4界面相厚度为0．5-0．7nm,呈现晶体态,并与TiN形成共格界面．进一步采用二维结构的TiN／Si3N4纳米多层膜的模拟研究表明,Si3N4层在厚度约<0．7nm时因TiN层晶体结构的模板作用而晶化,并与TiN层形成共格外延生长结构,多层膜相应产生硬度升高的超硬效应．由于TiN晶体层模板效应的短程性,Si3N4层随厚度微小增加到1．0nm后即转变为非晶态,其与TiN的共格界面因而遭到破坏,多层膜的硬度也随之迅速降低．基于以上结果,本文对TiN／Si3N4纳米晶复合膜的强化机制提出了一种不同于nc-TiN／a-Si3N4模型的新解释．

Fe_3O_4/g-C_3N_4磁性复合纳米材料的制备及其应用于有机磷农药检测的研究

通过原位沉淀法合成了Fe3O4/g-C3N4磁性复合纳米材料,表现出高效的过氧化物模拟酶催化活性,比单一的纳米材料的催化活性强,这归因于Fe3O4磁性纳米粒子与g-C3N4的协同催化效应。本研究以TMB为模型底物,研究了催化条件(温度和pH值)对催化活性的影响。同时结合乙酰胆碱(ATCh)在乙酰胆碱酯酶(AChE)和胆碱氧化酶(CHO)作用下产生H2O2及有机磷农药对AChE的抑制作用,建立了可视化比色法测定有机磷农药残留的简便方法。在最佳条件下,对有机磷农药氧化乐果进行了检测,检测范围为1×10-7~1×10-4 mol·L-1,检测限达到2×10-8 mol·L-1。本方法将在生物传感器构建和环境化学领域具有潜在的应用价值。

Si_3N_4/SiC纳米复合陶瓷的微观结构

利用ＪＥＭ２０００ＥＸⅡ高分辨电镜和ＨＦ２０００冷场发射枪透射电镜对Ｓｉ３Ｎ４ＳｉＣ纳米复合陶瓷材料的微观组织、结构和成分进行了研究。结果表明，ＳｉＣ颗粒弥散分布在基体相β－Ｓｉ３Ｎ４晶内和晶界。晶内ＳｉＣ颗粒与基体相的界面结构有三种类型：１）直接结合的界面；２）完全非晶态的界面；３）混合型的界面。晶间ＳｉＣ颗粒与基体相的界面大部分是直接结合的。

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。

α-Fe2O3/g-C3N4纳米复合体系的构建及其光催化性能研究的综合型实验设计

设计了g-C3N4基纳米复合物的制备、表征及其光催化性能分析的科学研究型综合实验。通过简单的一步煅烧法合成了α-Fe2O3/g-C3N4纳米复合光催化剂;采用X射线衍射、透射电镜、紫外-可见漫反射光谱等对其结构和性质进行了分析和表征;在模拟可见光照射下,通过测试模型污染物罗丹明B(Rhodamine-B,RhB)的降解程度来考察其光催化性能。实验设计简单易行,涵盖了材料的合成、表征及光催化性能评价等多个知识点,便于学生了解光催化领域的学术前沿,掌握纳米复合材料的制备方法,熟悉大型仪器的使用步骤,同时有助于增强学生的科研创新意识,培养学生的综合实践能力。

g-C_3N_4/TiO_2纳米管阵列的制备及光催化性能的研究

目的获得在可见光下光催化活性较好,且可回收、可重复利用的光催化材料。方法在钛基底上采用阳极氧化法制备Ti O2纳米管阵列(Ti O2 NTAs),将Ti O2 NTAs在10%尿素溶液中浸渍不同时间后,在氮气保护下高温热分解,制备g-C_3N_4/TiO_2 NTAs复合薄膜。采用XRD、SEM、TEM对复合薄膜进行物相及形貌的表征,在可见光照射下,通过亚甲基蓝溶液的催化降解实验来评估复合薄膜的光催化活性。结果在10%尿素溶液中浸渍不同时间后所获得的g-C_3N_4/TiO_2 NTAs样品,其可见光催化活性均较纯Ti O2 NTAs有所提高,而且随浸渍时间的增加,其可见光催化活性依次增加。浸渍时间为6 h的g-C_3N_4/TiO_2 NTAs样品,在可见光下的光催化活性最高,在120min内对亚甲基蓝的降解率可达73%。继续增加浸渍时间,所获得的Ti O2 NTAs样品的可见光催化活性有所降低。结论 g-C3N4与Ti O2 NTAs复合,可以有效提高Ti O2 NTAs的光催化活性,其原因是g-C3N4的复合提高了载流子的传递效率,同时也提高了对可见光的吸收。

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纳米片的制备及光催化抗菌性能研究

采用液相超声法成功地将体相g-C_3N_4剥离为g-C_3N_4纳米片。通过XRD、FT-IR、TEM、BET和瞬态光电流对样品的性质进行表征,并研究g-C_3N_4纳米片光催化杀灭大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)的活性。结果表明,将体相g-C_3N_4剥离为g-C_3N_4纳米片并没有改变分子结构,但g-C_3N_4纳米片光催化杀灭E.coli和S.aureus的活性均优于体相gC_3N_4。g-C_3N_4纳米片的超薄二维结构具有大的比表面积,是体相g-C_3N_4的6.97倍,同时有效地促进了光生电子和空穴的分离,两方面的协同作用下,g-C_3N_4纳米片表现出优异的光催化抗菌活性。

新型磁性纳米功能材料Fe_3O_4@g-C_3N_4的制备及其吸附铀的性能研究

利用沉积还原法制备了一种新型磁性功能纳米吸附材料Fe_3O_4@g-C_3N_4并应用于铀的吸附性实验中,获得了较好的吸附性能评价。表征方法表明,材料g-C_3N_4包裹在磁性Fe_3O_4纳米粒子的外部,其吸附材料物理组织结构得到提升,吸附铀的性能较好。吸附实验表明,在质量浓度为140mg/L的铀标准溶液中,最佳的pH值为10,最佳的吸附剂投入量为6.5mg,最佳吸附时间为150min,最大吸附量可达352.1mg/g,最佳吸附率可达到90%以上。

TiB_2/Si_3N_4纳米多层膜的制备及其结构和性能分析

利用超高真空离子束辅助沉积(IBAD)系统,在225℃条件下,制备一系列TiB2/Si3N4纳米多层膜,通过X射线衍射(XRD)仪、表面轮廓仪、原子力显微镜(AFM)和纳米力学测试系统分析该体系合成中调制比对多层膜结构和机械性能的影响.结果表明:一定条件下制备的多层膜其纳米硬度值高于两种个体材料混合相的硬度值;当调制比为15∶1,调制周期为(13±1)nm时,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、应力、弹性模量和膜基结合性能均达到最佳.多层膜机械性能的明显改善与其多层结构和多晶结构存在直接联系.实验证明通过选择合适的个体层材料、厚度以及调制比等条件,制备具有高硬度、低应力和良好膜基结合力的纳米多层膜是可以实现的.

Ag-Cu-Ti急冷钎料钎焊Si_3N_4陶瓷接头界面结构及性能

采用(Ag72Cu28)96Ti4急冷钎料钎焊Si3N4陶瓷,研究联接温度、时间和压力等工艺参数对Si3N4陶瓷的接头界面结构以及强度的影响,并与同成分的常规钎料进行对比.研究结果表明:钎焊温度、保温时间和钎焊时施加的压力对钎焊接头强度均有影响,主要通过影响反应层结构和厚度来体现;Si3N4/(Ag72Cu28)96Ti4界面微观结构为Si3N4/TiN/Ti-Si化合物/Ag-Cu共晶;在相同的试验条件下,采用(AgCu)Ti急冷钎料钎焊的接头强度比常规钎料钎焊的接头强度提高37%.

g-C_3N_4纳米片的合成及可见光催化降解亚甲基蓝

以柠檬酸钠和尿素为前驱体,采用低温固相合成技术,制备了石墨氮化碳(g-C_3N_4)光催化剂.利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见光吸收光谱(UV-vis)、光致发光光谱(PL)、光电流响应及电化学阻抗谱(EIS)等对光催化剂的结构和性能进行了表征.结果表明:制备的g-C_3N_4呈片状形貌,尺寸小于50nm,具有较高的光生电子空穴分离效率.在H2O2助催化剂辅助下,可见光照射120min,g-C_3N_4纳米片催化剂对10mg·L-1亚甲基蓝(MB)溶液的降解率达到95.4%.荧光光谱法表征结果表明降解过程中有羟基自由基生成.

纳米TiC对Si_3N_4基复合陶瓷材料性能和微观结构的影响

用热压法制备了纳米TiC增韧补强的Si3N4基复合陶瓷材料,研究了不同TiC含量对复合陶瓷材料力学性能与微观结构的影响.结果表明:纳米TiC颗粒的添加对复合材料的力学性能的提高是有利的,当纳米TiC的质量分数为15%时,复合材料具备较优的力学性能,其抗弯强度、断裂韧性、HV硬度分别达到895 MPa,8.03 MPa.m1/2,15.06 GPa;不同尺寸的SiN晶粒形成双峰结构,有利于复合材料性能的提高;其断裂机制为沿晶断裂和穿晶断裂的混合类型.

g-C_3N_4纳米片的制备及其光催化性能研究

先通过高温热解法制备石墨型氮化碳(g-C_3N_4)颗粒,再采用化学法将所制备的g-C_3N_4颗粒进行盐酸剥离处理,制得g-C_3N_4纳米片。通过XRD、SEM、TEM、BET、UV-vis DRS、PL等手段对所制备的样品做结构表征;模拟有机污染物为罗丹明B溶液,以此来研究样品的光催化活性。结果表明:在盐酸浓度为6 mol/L、水热时间为7 h、水热温度为110℃的优化条件下,g-C_3N_4颗粒被成功剥离成g-C_3N_4纳米片,且g-C_3N_4纳米片的BET比表面积是g-C_3N_4颗粒的2.3倍。与g-C_3N_4颗粒相比,制备的g-C_3N_4纳米片具有更高的光催化活性,可见光(500 W氙灯)光照3 h对罗丹明B溶液的降解率可达92.7%。

g-C_3N_4光催化纳米材料的改性研究进展

类石墨相氮化碳(g-C_3N_4)分子结构独特,禁带宽度(2.7 e V)较窄,可吸收可见光,是一种很有潜力的光催化纳米材料。本文介绍了g-C_3N_4光催化剂的性能改进方法:结构改性、元素掺杂改性、半导体耦合改性和染料敏化改性,并简单预测其发展趋势。