Enhanced Fenton,photo-Fenton and peroxidase-like activity and stability over Fe_3O_4/g-C_3N_4 nanocomposites

We prepared the Fe3O4/g‐C3N4nanoparticles(NPs)through a simple electrostatic self‐assembly method with a3:97weight ratio to investigate their Fenton,photo‐Fenton and oxidative functionalities besides photocatalytic functionality.We observed an improvement of the Fenton and photo‐Fenton activities of the Fe3O4/g‐C3N4nanocomposites.This improvement was attributed to efficient charge transfer between Fe3O4and g‐C3N4at the heterojunctions,inhibition of electron‐hole recombination,a high surface area,and stabilization of Fe3O4against leaching by the hydrophobic g‐C3N4.The obtained NPs showed a higher degradation potential for rhodamine B(RhB)dye than those of Fe3O4and g‐C3N4.As compared to photocatalysis,the efficiency of RhB degradation in the Fenton and photo‐Fenton reactions was increased by20%and90%,respectively.Additionally,the horseradish peroxidase(HRP)activity of the prepared nanomaterials was studied with3,3,5,5‐tetramethylbenzidinedihydrochloride(TMB)as a substrate.Dopamine oxidation was also examined.Results indicate that Fe3O4/g‐C3N4nanocomposites offers more efficient degradation of RhB dye in a photo‐Fenton system compared with regular photocatalytic degradation,which requires a long time.Our study also confirmed that Fe3O4/g‐C3N4nanocomposites can be used as a potential material for mimicking HRP owing to its high affinity for TMB.These findings suggest good potential for applications in biosensing and as a catalyst in oxidation reactions.

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/α-Fe_2O_3的制备及其降解甲苯性能

采用水热和球磨混合方法,构建了g-C3N4/α-Fe2O3异质结复合光催化体系,通过XRD、SEM、EDS、DRS、FT-IR等研究其表面形貌特点及光学性质,并利用原位红外光谱技术和气相色谱技术检测了复合材料对甲苯的可见光降解活性。结果表明,α-Fe2O3/g-C3N4复合体系对甲苯有较高的可见光降解活性,复合体系中g-C3N4和α-Fe2O3不同能级之间良好的协同效应,可实现光生电子-空穴的有效分离,大大提高光电转化效率,进一步提高复合材料的降解活性。

可见光驱动Z-scheme g-C3N4/α-Fe2O3催化剂高效产H2

作为一种新型的具有可见光响应的半导体光催化剂,g-C3N4在光催化产氢领域得到了广泛的研究。然而,纯g-C3N4存在可见光响应范围较窄、光生电子-空穴复合率高、量子效率低等问题。针对纯g-C3N4的缺陷,采用简单的水热合成法制备出一种高效纳米晶胶体g-C3N4/α-Fe2O3复合材料。为了检测g-C3N4/α-Fe2O3的光催化产氢性能,将其引入以NaBH4为底液的体系中。结果表明,当Fe质量分数为1%,体系温度为30℃、NaBH4浓度为50 mmol/L时,产氢量为30 mL。利用PL、EIS以及PC等手段对g-C3N4/α-Fe2O3的光电响应能力进行了分析。结果表明,g-C3N4/α-Fe2O3复合材料具有较低的光致发光强度、较高的光电流密度和较小的电荷转移电阻,说明了光生电荷载流子的有效分离和快速转移。另外,Z-scheme电荷转移途径赋予了g-C3N4/α-Fe2O3较强的氧化能力,为光催化裂解NaBH4提供了较大的驱动力。主要意义在于对光催化产氢有一个新认识,为合理设计和构建Z型光催化剂提供参考。

α-Fe_2O_3/g-C_3N_4光催化剂的制备及性能研究

以硫脲和硝酸铁为原料,采用热聚合法制备了一系列不同铁含量复合多孔石墨相氮化碳可见光响应催化剂。采用X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)、紫外-可见漫反射(DRS)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电镜(SEM)等分析方法对催化剂进行了表征。结果表明,g-C_3N_4和α-Fe_2O_3/g-C_3N_4催化剂样品均呈现多孔结构,且相比纯g-C_3N_4,α-Fe_2O_3/g-C_3N_4可见光吸收性能明显增强。光催化性能实验表明,当α-Fe_2O_3复合量为1%时,制备的催化剂性能最高,反应240 min亚甲基蓝降解率高达99.8%。

Si_3N_4-Fe对Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

利用Si3N4 的优良性质及金属塑性相Fe的作用 ,将其添加到高炉出铁沟用Al2 O3-SiC -C浇注料中 ,以改善材料的力学性能和抗氧化性能。对高温处理后试样强度、显气孔率测试以及对氧化层的SEM分析 ,结果表明 ,添加适量的Si3N4 -Fe ,材料的显气孔率降低 ,强度提高 ,抗氧化性增强。

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。

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。

g-C_3N_4/Bi_2O_3复合型催化剂的制备及光催化性能研究

采用碾磨-焙烧法制备得到了g-C3N4/Bi2O3复合型催化剂.利用XRD、SEM、FT-IR、XPS、DRS及PL对所得样品进行了表征.以甲基橙溶液为模拟有机污染物,考察了g-C3N4/Bi2O3复合型催化剂的可见光催化性能.结果表明,复合结构的g-C3N4/Bi2O3催化剂光谱响应范围拓宽至可见光区域,且g-C3N4/Bi2O3复合型催化剂的催化性能均明显优于单组分.其中,50 wt%g-C3N4/Bi2O3复合物对甲基橙可见光降解性能最佳.催化活性提升的主要原因是复合结构的形成有效促进了光生电子与空穴对的分离.此外,活性物种捕获实验结果表明,光生空穴(h+)及超氧自由基(·O-2)为该光催化反应过程中的主要活性物种.

ZnFe_2O_4/g-C_3N_4对甲基橙的紫外光催化降解行为

采用浸渍法制备了铁酸锌/石墨烯氮化碳(ZnFe_2O_4/g-C_3N_4)负载型光催化剂,对制得的催化剂样品进行了表征,并考察了其在紫外光下对甲基橙的降解效率。结果表明:ZnFe_2O_4/g-C_3N_4催化剂对甲基橙的降解催化活性明显提高,并随着ZnFe2O4掺杂量的增加而增大,ZnFe2O4掺杂量为6.0%(wt,质量分数)制得的ZnFe2O4/gC3N4对浓度10mg/L甲基橙140min后的紫外光降解率达100%。

Bi2O3/g-C3N4/TiO2三元复合物的制备及其可见光催化活性研究

以工业纳米Ti O2,三聚氰胺(C3H6N6)和硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)为原料,通过高温煅烧制备Bi2O3/gC3N4/Ti O2三元复合物,采用XRD、XPS、FT-IR、UV-vis、PL光谱等对其结构进行了表征。结果表明g-C3N4和Bi2O3分散覆盖在Ti O2表面,形成具有异质结结构的Bi2O3/g-C3N4/Ti O2三元复合物,其带隙降低,对可见光的吸收增强,电子和空穴通过在Bi2O3、g-C3N4和Ti O2三者界面间的转移有效延长了光生载流子的寿命,从而提高光催化效率。以亚甲基蓝为目标污染物评价其光催化活性。结果表明,当Ti O2与C3H6N6质量比为1∶2.5,Bi(NO3)3·5H2O含量为0.35%,煅烧温度为520℃,煅烧时间为5 h时制得的Bi2O3/g-C3N4/Ti O2三元复合物(即0.35Bi/C/T)活性最高,LED灯(12 W)光照180 min后对10mg/L亚甲基蓝溶液降解率达98.1%。

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。

磁性g-C3N4-Fe3O4复合纳米材料的制备及其光催化降解水中3种喹诺酮类抗生素的研究

以三聚氰胺和铁盐为原料制备磁性g-C3N4-Fe3O4复合纳米材料,并探究不同反应条件对其光催化降解3种喹诺酮类抗生素(洛美沙星LOM、氧氟沙星OLF和环丙沙星CIP)的影响。光催化反应的优化条件如下:抗生素初始浓度为3.0 mg/L,g-C3N4-Fe3O4复合纳米材料初始剂量为0.60 g/L,温度为25℃,pH=7。在优化条件下,洛美沙星、氧氟沙星和环丙沙星光照100分钟的降解率分别为83.6%,60.9%和99.0%。XRD和UV-vis分析表明,石墨相g-C3N4与磁性Fe3O4之间存在强烈的相互作用,导致生成更多光生电子-空穴对,增强复合纳米材料的光催化活性。重复循环利用5次后,磁性g-C3N4-Fe3O4复合纳米材料的回收率大于90%,光催化降解效率保持在60%以上。

埃洛石/g-C_3N_4-Cu_(2+1)O催化剂的制备及催化性能研究

文章以埃洛石(HNTs)、g-C_3N_4和硝酸铜为原料,一步合成了埃洛石/g-C_3N_4-Cu_(2+1)O催化剂。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面积测定仪(BET)、程序升温还原(TPR)对催化剂进行了表征。研究了埃洛石/g-C_3N_4-Cu_(2+1)O对结晶紫的吸附性能、光催化降解性能和催化氧化CO性能。结果表明,将Cu_(2+1)O负载到埃洛石和g-C_3N_4的表面能显著地改善Cu_(2+1)O的分散性,减小Cu_(2+1)O的粒径和增强Cu_(2+1)O的热稳定性。当埃洛石、g-C_3N_4和Cu_(2+1)O的质量之比为5∶10∶4时,催化剂具有最优的光催化和低温催化活性。在最优条件下,该催化剂对结晶紫的吸附率为58.64%;添加6‰的H2O2水后,对结晶紫的降解率为97.53%。在温度为200℃时,催化剂连续催化氧化CO 12 h时,CO的转化率仍为92.5%。催化剂具有较好催化活性的原因可能是催化剂中的g-C_3N_4和Cu_(2+1)O存在较强的协同作用。另外,催化剂具有较大的比表面积,Cu_(2+1)O在埃洛石/g-C_3N_4上较好的分散性和较小的Cu_(2+1)O粒径也能显著增强催化剂的催化活性。

Bi_2O_3/g-C_3N_4复合催化剂的制备及其性能研究

分别以硫脲、尿素、二氰二胺为前驱体,采用热解法合成g-C3N4,再将其与Bi2O3以不同质量比复合煅烧制备Bi2O3/g-C3N4光催化剂,并用XRD、紫外-可见光谱、光致发光光谱等对其进行了表征。以甲基橙为光催化反应的模型化合物,评价了Bi2O3/g-C3N4光催化剂的紫外光催化活性。探索添加不同清除剂(异丙醇、草酸铵、对苯醌、H2O2酶)后对紫外光催化活性的影响;以对苯二甲酸作为探针分子,结合化学荧光技术研究了Bi2O3/g-C3N4光催化剂表面羟基自由基的生成。实验结果表明:(1)在450℃下煅烧硫脲制备的g-C3N4具有较高的光催化活性;(2)当g-C3N4在Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂中质量百分率为80%时,Bi2O3/g-C3N4的光催化活性最高,甲基橙的光催化降解率达到59.1%。

Co_3O_4/g-C_3N_4复合材料的制备及光催化降解甲基橙

采用水热、煅烧制备Co_3O_4/g-C_3N_4复合催化剂。用IR、XRD、TEM、UV-Vis、电化学对复合材料分析结果表明,Co_3O_4均匀地附着在g-C_3N_4的表面,形成异质结。阻抗曲线表面异质结能够促进空穴和光生电子的转移和分离。在可见光照射下,当15%Co_3O_4/g-C_3N_4复合材料做为光催化剂,其光催化降解甲基橙的降解率可达90%,并拟合符合动力学一级方程,多次循环利用性能几乎不变。

球片型Fe3O4/g-C3N4复合材料光催化性能研究

本文分别通过牺牲模板法与热聚合法,制备出Fe3O4纳米球与g-C3N4。再采用超声辅助液相剥离法将g-C3N4剥离成纳米片分散液,接着通过交替过滤使得Fe3O4纳米球与g-C3N4纳米片形成球片型的光催化复合材料。利用XRD、BET、SEM及TEM等检测手段对产物的形貌及结构进行表征。通过对比单独的g-C3N4与Fe3O4/g-C3N4复合物,得出Fe3O4/g-C3N4复合物在还原Cr(Ⅵ)水溶液中显示出高的光催化活性,同时也具有良好的稳定性。

Bi4Ti3O12/g-C3N4复合光催化剂的制备及其光催化性能研究

采用机械混合/热处理的方法制备了具有异质结结构的Bi4Ti3O12/g-C3N4复合光催化剂,利用XRD、SEM及UVVis对所制备的复合光催化剂的结构与形貌进行了表征。结果表明,复合光催化剂中形成了异质结构,其禁带宽度减小,吸收带边红移,可见光吸收增加。以Rh B为目标污染物评价复合光催化剂的活性,考察了不同g-C3N4复合量对光催化剂反应活性的影响。结果表明,异质结型复合光催化剂的光催化活性明显优于单相Bi4Ti3O12;当g-C3N4的质量分数为20%时,其光催化性能最佳(90 min达92.8%),其表观反应常数为单相Bi4Ti3O12的4倍。复合光催化剂光催化活性提高的原因是Bi4Ti3O12与g-C3N4之间形成了异质结,显著降低了光生电子和空穴的复合几率。外加捕获剂的实验结果表明,复合光催化剂的主要活性基团为空穴(h+)与超氧自由基(·O2-)。

Z-scheme V2O5-Ag2O/g-C3N4异质结制备及其可见光催化性能

采用原位生长法制备V2O5,并将其与Ag2O/g-C3N4水热复合制备V2O5-Ag2O/g-C3N4复合光催化剂.利用XRD、FT-IR、SEM和UV-Vis DRS等方法对样品的形貌结构及光学性质进行表征.结果表明,V2O5成功掺杂在Ag2O/g-C3N4上,与Ag2O/g-C3N4相比,复合材料对可见光的吸收范围增大;在可见光照射180min后,V2O5掺杂量为15%的复合材料对亚甲基蓝(MB)的降解率达到99.10%.经过3次循环降解后,复合材料对MB的降解率保持85%以上,表明其具有良好的稳定性.通过掩蔽实验推测,空穴(h^+)是光催化体系中主要的活性物质,其光催化性能增强的机理是Ag2O与g-C3N4复合界面形成p-n异质结,并与V2O5之间的复合过程符合Z-scheme可见光驱动机制,有效阻碍了光生电子-空穴对的复合,促进活性物质的产生.

V_2O_5/g-C_3N_4复合物的制备及可见光催化性能研究

以偏钒酸铵和尿素混合物为前驱体,混合煅烧制备了V_2O_5/g-C_3N_4复合物催化剂。用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光漫反射吸收光谱(UV-vis)、比表面积测试(BET)、光致发光谱(PL)等对其结构进行了表征。结果表明复合物中存在V_2O_5和g-C_3N_4形成异质结构,其禁带宽度减小、吸收带边红移,光催化效率有显著提高。以亚甲基蓝(MB)为目标化合物,评价了样品的光催化活性,当前躯体中尿素与NH_4VO_3质量比为10∶1,煅烧温度为500℃,煅烧时间为0.5 h,催化剂活性最高。在60 W日光灯照射40 min,对亚甲基蓝得降解率达到97.52%。