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。

BiOCl/g-C_(3)N_(4)-Br光催化降解罗丹明B

采用原位生长法制备了二元异质结光催化剂BiOCl/g-C_(3)N_(4)-Br,运用多种技术手段对其进行了表征,考察了BiOCl/g-C_(3)N_(4)-Br在模拟可见光照射下对罗丹明(RhB)的光催化降解性能。表征结果显示,BiOCl附着在g-C_(3)N_(4)-Br表面,二者之间形成了Z-scheme异质结。实验结果表明:BiOCl/g-C_(3)N_(4)-Br催化剂比g-C_(3)N_(4)-Br和BiOCl具有更高的光催化活性,在RhB质量浓度20 mg/L、BiOCl/2%-g-C_(3)N_(4)-Br(g-C_(3)N_(4)-Br质量分数为2%)加入量0.5 g/L的条件下,经日光灯(14 W)照射90 min后,RhB去除率可达98%;经过4次循环实验后,RhB去除率从98%逐渐降低至90%,表现出良好的稳定性和可重复利用性。BiOCl/2%-g-C_(3)N_(4)-Br光催化降解RhB过程中发生的氧化还原反应分别在BiOCl和g-C_(3)N_(4)-Br的表面进行,BiOCl与g-C_(3)N_(4)-Br之间高度紧密的接触面形成了Z-scheme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。

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。

Ni-P@g-C_(3)N_(4)复合材料的合成与可见光催化性能

以三聚氰胺为前驱体,采用两步热聚合法,制备了一系列石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))基光催化复合材料。通过X-射线衍射光谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N_(2)吸附、光致荧光光谱(PL)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和电化学阻抗谱(EIS)等表征了其结构与光电特性。结果发现,Ni-P共掺杂可以有效改善g-C_(3)N_(4)的可见光吸收性能,减小其电化学阻抗,抑制光生载流子的复合。以可见光条件下降解亚甲基蓝(MB)溶液为探针反应研究了Ni-P@g-C_(3)N_(4)复合材料的光催化降解性能。结果表明,照射120分钟1.5%Ni/P-CN复合材料对MB的降解率为61.7%,速率常数为0.00785 min^(-1),是纯g-C_(3)N_(4)的两倍。反应体系的主要活性物种为超氧自由基(·O_(2)^(-))。经过简单处理催化剂可重复使用3次以上且活性保持稳定。

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。

荧光g-C_(3)N_(4)纳米片的制备及对半胱氨酸的检测

半胱氨酸是人体内一种重要的含巯基氨基酸,对其快速定量检测可以为某些疾病的诊断提供依据.该研究利用简单的超声剥离及静电自组装方法制备了C_(3)N_(4)/Ag荧光传感器.该荧光传感器对含巯基的半胱氨酸具有超灵敏的响应,对其检测极限可以低至2.5×10-5 mol/L.该研究为新型超灵敏荧光传感器的构建提供了一条新的途径,具有非常重要的理论价值和实践意义.

三维g-C_(3)N_(4)泡沫负载Cu(OH)2纳米片的制备及其光催化还原CO_(2)性能

为了改善g-C_(3)N_(4)光催化还原CO_(2)过程中的气体传质、吸附和光生电荷分离效率,分别从泡沫孔结构构筑和构建异质结两方面进行光催化材料设计。采用表面活性剂发泡法制备g-C_(3)N_(4)泡沫(g-C_(3)N_(4)Foam),以此为基体通过化学镀铜和氢氧化处理制备g-C_(3)N_(4)泡沫负载Cu(OH)2纳米片(Cu(OH)_(2)/CNF)复合材料,对其结构和光催化性能进行分析。结果表明:g-C_(3)N_(4)Foam和Cu(OH)_(2)/CNF均展现出发达的三维微米孔网络结构,这种结构可从动力学层面优化CO_(2)在气-固催化反应中的传质和吸附,使CO_(2)吸附容量分别达到3.97 cm^(3)/g和3.59 cm^(3)/g,为g-C_(3)N_(4)粉末的2.96倍和2.68倍;同时,Cu(OH)_(2)/CNF样品中还形成大量二维Cu(OH)_(2)纳米片结构,不仅可以拓宽复合材料的光利用范围,还可通过g-C_(3)N_(4)/Cu(OH)_(2)异质结的构建促进光生电子向Cu(OH)_(2)表面转移,提升光生电荷分离效率;制备的Cu(OH)_(2)/CNF复合样品CO产率达到11.041μmol·g^(-1)·h^(-1),为g-C_(3)N_(4)Foam和g-C_(3)N_(4)粉末样品的2.76倍和6.83倍。

超薄氧掺杂g-C_(3)N_(4)纳米片的制备及其光催化性能

以H_(2)SO_(4)与KMn O_(4)为氧化剂,通过对热聚合法合成的原始石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))超声辅助氧化剥离,制备了超薄氧掺杂g-C_(3)N_(4)纳米片。基于HRTEM、XRD、AFM、XPS表征,考察了超声辅助氧化剥离对原始g-C_(3)N_(4)形貌、结构的影响;通过可见光催化降解刚果红分析了超薄氧掺杂g-C_(3)N_(4)纳米片的光催化性能;通过UV-Vis-DRS、EIS、PL探究了超薄氧掺杂g-C_(3)N_(4)纳米片光催化性能的增强机制。结果表明,对原始g-C_(3)N_(4)超声辅助氧化剥离6 h,可获得比表面积为58.45 cm^(2)/g、厚度为1.08 nm的超薄氧掺杂g-C_(3)N_(4)纳米片,此超薄氧掺杂g-C_(3)N_(4)纳米片(质量浓度为200 mg/L)对刚果红水溶液(质量浓度为20 mg/L)在120 min时可实现83.1%的降解率,具有良好的光催化性能,其原因在于超薄氧掺杂g-C_(3)N_(4)纳米片比原始g-C_(3)N_(4)更有利于催化活性位点的暴露与光生载流子的分离传输。

p-n异质结BiVO_(4)/g-C_(3)N_(4)光阳极的制备及其光电化学水解性能

钒酸铋(BVO)可用于光电化学(PEC)水解产氢,但受限于其缓慢的表面水氧化动力学,在电极表面修饰单一的析氧助催化剂达不到理想的性能。本工作在BVO电极表面修饰FeNiO_(x)助催化剂可以显著降低起始电压,增强光电化学性能。此外,沉积g-C_(3)N_(4)后修饰FeNiO_(x)助催化剂得到的光电极具有更优异的性能。厚度适合的g-C_(3)N_(4)纳米片与BVO构成Ⅱ型p-n异质结,有效抑制了光生电子空穴的复合,促进了电极的电荷分离。电化学测试结果表明,沉积了g-C_(3)N_(4)后,电极的电荷分离效率达到88.2%,比BVO/FeNiO_(x)(60.6%)提升了近1.5倍。经过g-C_(3)N_(4)和FeNiO_(x)协同修饰的BVO/g-C_(3)N_(4)/FeNiO_(x)电极,表面电荷注入效率达到了90.2%,同时,在1.23 V(vs.RHE)条件下光电流密度达到4.63 mA·cm^(–2),是纯BVO(1.86 mA·cm^(–2))的2.48倍。本工作为开发制备高性能光阳极提供了一种有效的策略。

g-C_(3)N_(4)纳米片的改性及光催化降解应用

石墨相氮化碳纳米片(2D g-C_(3)N_(4))属于非金属聚合物半导体,具有成本低、无毒、对环境友好、能吸收可见光等优点,但也存在一定的缺陷。介绍了2D g-C_(3)N_(4)的基本结构和光催化机理,重点分析了2D g-C_(3)N_(4)的改性方法,包括金属掺杂、非金属掺杂、TypeⅡ型异质结、Z型异质结、S型异质结,以及助催化剂修饰等,并分析了它们在光催化降解方面的应用,展望了2D g-C_(3)N_(4)的发展方向。

亚甲基蓝嵌入的供体受体型g-C_(3)N_(4)纳米片光催化剂用于产H_(2)

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))是一种优异的产H_(2)光催化剂,但是其存在载流子分离效率低、光吸收能力较差和比表面积小的问题。本研究通过对二氰二胺和亚甲基蓝(MB)进行热共聚合,结合后续热剥离策略,成功合成了一种新型分子内供体-受体(D-A)结构g-C_(3)N_(4)纳米片光催化剂。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明,将亚甲基蓝掺入g-C_(3)N_(4)框架中扩大了光吸收范围,促进了载流子的分离。此外,热剥离增加了催化剂的比表面积且进一步促进了载流子的分离。因此,D-A结构g-C_(3)N_(4)纳米片显示出大幅提升的光催化产氢活性(2275.6μmol·h^(-1)·g^(-1)),分别是块状g-C_(3)N_(4)、D-A结构g-C_(3)N_(4)、g-C_(3)N_(4)纳米片的5.30,2.60和1.30倍。这项工作为设计用于太阳能转换的D-A改性光催化材料提供了一个有价值的思路。

Mxene/g-C_(3)N_(4)二维光催化材料的制备及其处理水中Cr(Ⅵ)的性能研究

在合成单层Mxene和石墨相C_(3)N_(4)的基础上,采用一步静电自组装法制备了不同Mxene含量的Mxene/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂,采用XRD、TEM、XPS等方法对样品的结构和形貌进行了表征。考察了可见光激发下Mxene/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂光催化还原六价铬Cr(Ⅵ)的性能,分析了Mxene的负载量、溶液的pH值和不同的空穴牺牲剂对Mxene/g-C_(3)N_(4)光催化还原Cr(Ⅵ)性能的影响。结果表明,Mxene的负载不仅可以为光催化反应提供更多的表面活性位,还可以显著提高光生载流子的分离几率。当Mxene的负载量为10%、溶液pH值为2.0时,可见光还原Cr(Ⅵ)的效率比单一石墨相C_(3)N_(4)光催化剂提高了8.1倍。同时,酒石酸空穴牺牲剂的引入可以进一步提高光催化还原Cr(Ⅵ)效率。

C_(3)N_(4)/MnCo_(2)S_(4)复合材料的制备及其电容性能研究

以剥离C_(3)N_(4)(氮化碳)纳米片为保护层,在水热过程中对MnCo_(2)S_(4)进行包覆修饰,得到C_(3)N_(4)/MnCo_(2)S_(4)复合材料。借助于C_(3)N_(4)纳米片的包覆保护,复合材料表现出优异的比电容和良好的循环稳定性。采用三电极体系,在6 mol/L的KOH电解液中,当扫描速率为5 m V/s时C_(3)N_(4)/MnCo_(2)S_(4)电极材料的比电容可达到565 F/g,而未包覆修饰的MnCo_(2)S_(4)的比电容为468 F/g。1 A/g的电流密度下,MnCo_(2)S_(4)、C_(3)N_(4)/MnCo_(2)S_(4)电极材料经2000次的循环充放电测试后,比电容保持率分别为77%和83%。C_(3)N_(4)纳米片对泡沫镍上所生长的MnCo_(2)S_(4)起到保护和防剥落作用,纳米片包覆法为高比电容和良好循环稳定性的电极材料制备提供了新的技术路线。

BiOX/g-C_(3)N_(4)的制备及其光催化性能的研究进展

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))作为一种新型可见光光催化剂,因制备成本低、资源比较丰富和具有良好的光学性质等特点受到研究者的青睐,但作为一种可见光光催化剂,其对可见光的吸收有限,结晶度较低和电荷的分离效率较低严重限制了其在光催化研究领域的应用。BiOX光催化剂的结构独特,具有良好的化学稳定性,是用于能源和环境方面的优良光催化剂,但其可见光吸收能力和光生电荷载体的严重复合限制了其在光催化领域的发展。为改善这些问题,可利用协同作用通过构建异质结形成新型复合光催化剂BiOX/g-C_(3)N_(4)。该文从光催化剂的种类、制备方法、光催化活性、影响因素和催化剂改性等方面介绍BiOX/g-C_(3)N_(4)催化剂的研究进展和取得的成果,并对其现状和改进方面进行讨论。

基于g-C_(3)N_(4)-Et_(3)N体系的双电位比率MIP-ECL传感器检测多巴胺

石墨相氮化碳纳米薄片(g-C_(3)N_(4)NSs)是一种优良的电化学发光(ECL)材料,在三乙胺(Et_(3)N)为共反应剂时,阳极和阴极都能产生ECL信号,而多巴胺(DA)对其阳极信号产生猝灭作用,但不影响阴极信号.利用这一特点,结合分子印迹聚合物(MIP)技术,构建了一种检测DA的双电位比率MIP-ECL传感器.首先将掺杂有多壁碳纳米管(MWCNTs)的g-C_(3)N_(4)NSs固定在玻碳电极(GCE)上,然后以DA作为模板分子,邻苯二胺(O-PD)作为功能化单体,通过电化学聚合法引入MIP膜,洗脱模板分子后的传感器对DA具有特异性识别能力,利用DA对传感器阴阳极信号不同的影响作用,实现了对DA的高选择灵敏检测.传感器对DA的线性响应范围为1.0×10^(-10)~3.0×10^(-7)mol·L^(-1),检出限(LOD)为0.063 nmol·L^(-1)(信噪比S/N为3),与非比率法相比,比率法的重现性得到了明显提高.

g-C_(3)N_(4)/CB/Au NPs修饰玻碳电极的制备及其对硫酸联氨的电化学测定

将炭黑(CB)纳米粒子与类石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))混合,然后将金纳米粒子(Au NPs)掺杂其中,形成一种新型g-C_(3)N_(4)/CB/AuNPs复合纳米材料,用于修饰玻碳电极.通过扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的形貌进行了表征.实验结果表明:g-C_(3)N_(4)/CB/AuNPs对硫酸联氨(N2H4·H_(2)SO_(4))的电化学氧化呈现极好的电催化性能.硫酸联氨的氧化电流与其物质的量浓度在2.5×10^(-5)~1.5×10^(-3)mol·L^(-1)线性范围内呈良好的线性关系,检测限为1.6μmol·L^(-1)(信噪比S/N=3).

g-C_(3)N_(4)/Ag_(3)PO_(4)/CNT对亚甲基蓝和四环素光催化的降解

通过沉淀法成功制备出新型石墨相氮化碳/Ag_(3)PO_(4)/碳纳米管三元异质耦合光催化材料(g-C_(3)N_(4)/Ag_(3)PO_(4)/CNT)。利用电子扫描显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)及紫外可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)等手段对所制备催化剂进行表征分析,并以亚甲基蓝(MB)和四环素(TC)为目标污染物,考察了催化剂对其的光催化降解性能。结果表明,7%wt g-C_(3)N_(4)/Ag_(3)PO_(4)/CNT具有最佳的光催化性能,对MB和TC反应速率常数分别为0.1329 min^(−1)和0.0488 min^(−1),分别是g-C_(3)N_(4)的44.30倍和13.55倍。此外,7%wt g-C_(3)N_(4)/Ag_(3)PO_(4)/CNT能够再15 min内对10 mg·L^(−1) MB光催化降解率达到99%,而对10 mg·L^(−1) TC的降解率在90 min内的降解率为85%。经过5次循环实验后,7%wt g-C_(3)N_(4)/Ag_(3)PO_(4)/CNT对MB和TC的降解率分别为95%和81%,说明该催化剂具备良好的稳定性和循环利用能力,具有良好的应用前景。

二次等温热缩聚改性对g-C_(3)N_(4)光催化剂性能的影响

采用二次等温热缩聚方式对通过NH_(4)SCN制得的g-C_(3)N_(4)进行处理,通过XRD和SEM/TEM等手段对所制备样品的物相结构、表面形貌等结构特性及有机染料Rh B的降解效果进行了研究。结果表明,二次等温热缩聚改性使催化剂聚合度增加,层间距缩短,通过调节等温热缩聚处理时间构建了蜂窝孔洞薄片层表面结构,比表面积和孔容积分别增加了2.3倍和4.7倍;大量—NH—、—NH_(2)等氨基基团的产生,带来了更高的吸附氧含量;带隙宽度由2.77e V拓宽至2.81e V,且价带位置增至+1.625e V,使光生空穴拥有更强的氧化降解能力;边缘三嗪环结构单元中C—N==C位置上N元素缺失,减少了大量光生电荷的复合消耗,PL荧光光谱显示了明显降低的光生电子-空穴复合率,对载流子的充分利用使催化速率明显提高。有机污染物Rh B催化降解效果显著,光催化反应速率常数由0.006提高到0.031,反应速率提高了5.2倍,在420nm可见光下照射90min,降解率由42%提高至98%。

Ag/Ag_(2)O/g-C_(3)N_(4) /BiVO_(4) 复合光催化体系降解盐酸四环素机理研究

为提高钒酸铋(BiVO_(4))对盐酸四环素(TC-HCl)在水溶液中的降解效率,以银基材料(Ag/Ag_(2)O)和石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))共同改性BiVO_(4),通过水热法、煅烧法、湿浸渍法、沉淀和热分解法分步制备了Ag/Ag_(2)O/g-C_(3)N_(4)/BiVO_(4)四元复合材料;采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线光电子能谱(XPS)及紫外-可见漫反射光谱法(UV-vis DRS)等方法对复合材料的形貌结构、元素分布及光学性质进行了表征.结果表明:①沉积了Ag/Ag_(2)O粒子后,复合材料对TC-HCl的吸附能力显著提高.②纳米Ag粒子的表面等离子体共振效应(SPR)以及g-C_(3)N_(4)的协同作用拓宽了光响应范围,表现出更好的光催化性能.③相较于BiVO_(4)、g-C_(3)N_(4)及g-C_(3)N_(4)/BiVO_(4),该复合材料对TC-HCl的降解效果最佳,降解率可达89.19%,且经过4次循环使用后仍能保持74.8%的降解率.④UV-vis及XPS分析证明,该复合材料的可见光响应拓展至548 nm,可吸收更多可见光.⑤体系自由基捕获试验证明,·O_(2)^(-)和h+在光催化降解TC-HCl过程中发挥主要作用,且h+的作用大于·O_(2)^(-).研究显示,Ag/Ag_(2)O/g-C_(3)N_(4)/BiVO_(4)是一种高效稳定的复合光催化剂,其在处理TC-HCl抗生素废水方面具有潜在的应用前景.

苝四羧酸二酰亚胺修饰增强g-C_(3)N_(4)光催化性能

以3,4,9,10-苝四甲酸二酐和L-天冬氨酸为原料,合成水溶性苝二酰亚胺衍生物N,N′-二(2-丁二酸基)-3,4,9,10-苝四羧酸二酰亚胺(PASP)。采用水热法将PASP接枝在g-C_(3)N_(4)上,制备PASP改性g-C_(3)N_(4)复合光催化剂(g-C_(3)N_(4)-PASP)。通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)和固体荧光光谱等对g-C_(3)N_(4)-PASP的组成、结构、形貌和光学性质等进行表征,考察g-C_(3)N_(4)-PASP对水溶液中模型污染物亚甲基蓝(MB)的光催化降解活性。结果表明:g-C_(3)N_(4)与PASP经水热反应,可通过酰胺键共价结合;相比纯g-C_(3)N_(4),g-C_(3)N_(4)-PASP比表面积显著增大,吸收带边红移至614 nm,同时PASP修饰可促进g-C_(3)N_(4)材料表面光生电子和空穴分离,进而有效提升光催化活性。在可见光(λ>420 nm)照射下,g-C_(3)N_(4)-PASP对MB的降解率60 min内可达99.4%,降解速率常数k约为g-C_(3)N_(4)的2倍。