石墨相氮化碳光催化剂的制备、改性及其在水处理中的应用

作为典型的非金属半导体光催化剂,类石墨相氮化碳(g-C3N4)由于具有物理化学性质稳定、能带结构适宜、制备成本低廉等优势,近年来受到广泛关注.本文综述了石墨相氮化碳的基本结构特性、常用制备方法以及结构改性策略,对其在水处理中的应用进行了总结,并对g-C3N4未来的发展趋势进行了展望,以期为氮化碳新材料开发及其在水处理方...     

石墨相氮化碳同质结光催化处理水中双酚A

通过甲醇辅助溶剂热预处理,设计和制备了石墨相氮化碳同质结光催化剂(x％MeCN-CN).利用TEM、XRD、FTIR、XPS、UV-Vis DRS、PL、EIS等手段对所制备催化剂进行表征分析.以水中双酚A(BPA)为目标污染物,考察了所得催化剂的光催化降解性能,通过活性物种捕获实验探究反应机制.结果表明,在模拟太阳光...     

吡啶环改性石墨相氮化碳光催化还原Cr(VI)的研究

以三聚氰胺和吡啶二羧酸为原料,通过水热合成有机大分子前驱体,设计了吡啶环改性的石墨相氮化碳(x% Py-CN).利用TEM、XRD、XPS、FT-IR、EIS等手段对所得x% Py-CN催化剂进行表征分析.以水中Cr (VI)为目标污染物,考察了x% Py-CN催化剂的光催化还原性能.结果表明,在模拟太阳光照射下,10% Py-CN具有最佳的光催化性能,光照3h对15mg/L Cr (VI)光催化还原率达85%.x% Py-CN催化剂光催化活性提升的原因在于,吡啶环的修饰有效提高了光生电子空穴对的分离效率.此外,重复循环实验表明该催化剂具有良好的稳定性和循环利用能力,具有良好的应用前景.     

石墨相氮化碳-碘氧化铋层状异质结的构建及其光催化杀菌性能

以脲素作为前驱物,采用热聚合法制备薄层石墨相氮化碳(g-C_3N_4),然后在其表面原位合成层状碘氧化铋,构筑石墨相氮化碳-碘氧化铋层状异质结(g-C_3N_4/BiOI).合成样品的形貌、比表面积、晶体结构、分子结构、光吸收性能及其表面特性分别采用透射电镜、BET氮吸附、X射线粉末衍射、红外光谱仪、紫外可见漫反射和X射线光电子能谱分析进行表征,并考察合成的催化剂在可见光照射下光催化杀菌性能,研究中通过牺牲剂捕获的方法进一步揭示合成的g-C_3N_4/BiOI在杀菌过程中的机制.结果表明,合成的样品具有层状异质结结构,其比表面积为63 m~2·g~(-1),合成样品光吸收边可以达到600 nm.光催化活性测试表明g-C_3N_4/BiOI能够在4 h内将细菌杀死,其杀菌效果明显高于纯的g-C_3N_4和BiOI,其在光催化灭菌过程中主要的活性物种是光生空穴.     

磷掺杂的介孔石墨相氮化碳光催化降解染料

将三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐和SBA-15热共聚成功制备了磷掺杂的介孔石墨类氮化碳（P-mpg-C₃N₄）,并通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X射线衍射光谱（XRD）、傅里叶转换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、场发射扫描透射电镜能谱（EDS）和紫外可见光漫反射光谱（UV-vis-DRS）等方法对催化剂形貌结构和光学性能进行了表征.结果表明,磷元素成功地掺杂在氮化碳的结构上,呈均匀分布,相对于石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,其比表面积可达198.3m²/g,并因此提供大量的活性位点而提高光催化活性.P-mpg-C₃N₄对亮丽春红5R的光催化降解速率是g-C₃N₄的31.3倍,其光催化性能增强的机理是禁带宽度的减小,可见光吸收范围从440nm延伸到了460nm,其次,改性后的光催化剂能显著抑制光生电子空穴对的复合,从而有更多的活性点位以及活性物种能参与光催化反应过程.循环实验表明,经过5个循环降解后光催化性能仍保持在初始状态的91.67%,表明P-mpg-C₃N₄具有很好的光催化稳定性.     

助催化剂负载调控氮化碳光催化制氢性能的研究进展

以可见光响应型石墨相氮化碳(g-C_3N_4)为载体,介绍了光催化分解水制氢的基本准则,归纳了助催化剂负载促进光催化制氢活性的原理,探讨了负载助催化剂调控g-C_3N_4制氢活性的策略。结合相关案例总结了助催化剂在促进g-C_3N_4光催化制氢活性方面的研究进展,归纳了表面助催化剂性能优化的调控方法,分析了催化活性与催化剂表界面结构之间的内在关联,指出了目前工作存在的机遇和挑战。     

石墨相氮化碳光催化灭活水中多重耐药菌研究

研究了光辐照和基于石墨相氮化碳（g-C₃N₄）光催化对二级出水中1株四环素和氨苄西林抗性多重耐药菌E.coli CGMCC 1.1595的灭活效果.结果表明,汞灯辐照功率（100/300/500W）和辐照强度越高,其灭活效率相对越高,在500W汞灯60min辐照条件下,紫外长波（UVA）-可见光（300~579nm）对该多重耐药菌的灭活率为0.41log;基于g-C₃N₄的光催化对其灭活率为1.31log.相比未加g-C₃N₄催化剂的光辐照灭菌,在UVA-可见光条件下g-C₃N₄对其灭活率的贡献为61%~69%;在可见光条件下g-C₃N₄对其灭活率的贡献达到60%~79%.在UVA-可见光g-C₃N₄光催化灭活E.coli CGMCC 1.1595反应体系中,活性氧自由基和电子空穴的活跃程度为：·OH > ·O₂^- > H₂O₂ > h⁺ > ¹O₂,·OH为该光催化体系的主要活性物质,其次是·O₂^-和H₂O₂.     

石墨相氮化碳纳米薄片的制备及其光催化处理印染废水的研究

以三聚氰胺为前驱体,通过高温煅烧、酸剥离制备了石墨相氮化碳纳米薄片(Tg-C3 N4).采用X射线衍射、原子力显微镜、傅里叶红外光谱、N2吸附脱附、紫外可见吸收光谱和荧光光谱对Tg-C3 N4结构以及光学性质进行表征,并以亚甲基蓝为目标污染物评价了Tg-C3 N4的可见光催化性能.结果表明:Tg-C3 N4厚度约1.0...     

焙烧条件对热聚合法制备石墨相氮化碳光催化性能的影响及其机理

以三聚氰胺、硝酸为原料,采用热聚合法制备石墨相氮化碳(g-C3N4),研究了不同焙烧温度对石墨相氮化碳光催化性能的影响.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)以及光致发光光谱(PL)等技术对石墨相氮化碳样品的...     

可见光驱动下氧掺杂氮化碳活化过硫酸盐降解罗丹明B

采用双氧水溶剂热处理法处理石墨相氮化碳（g-C₃N₄）合成氧掺杂石墨相氮化碳（O-g-C₃N₄）,并通过SEM、XRD、XPS、UV-visDRS等技术手段对O-g-C₃N₄进行表征.结果表明,O-g-C₃N₄表面光滑度降低,纳米片层呈现阶梯状形貌,可见光吸收性能和催化性能有了明显提高.同时,该改性方法能够有效地通过取代sp²杂化N原子的方式将O原子掺杂到g-C₃N₄中.以波长为430 nm的LED灯作为可见光光源,将O-g-C₃N₄用于活化过硫酸盐降解罗丹明B（RhB）.结果表明,该实验体系能够大幅度提高RhB的去除率.当所加LED灯的电源功率为18.00 W,O-g-C₃N₄投加量为0.08 g·L^-1,PS投加量为1.428 g·L^-1,溶液初始pH为5.6时,反应30 min后,浓度为10 mg·L^-1的RhB的降解率可以达到97.8%,矿化率可达9.738%.     

改性微管氮化碳的制备及光催化性能

以三聚氰胺、固体亚磷酸H3PO3为原料,通过水热-煅烧法制备了不同质量比的磷掺杂且具有层状堆积结构的六方管状氮化碳(MTCN-x),x为固体亚磷酸与三聚氰胺的质量比.采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积分析...     

自组装超分子前驱体制备管状氮化碳及模拟太阳光光催化降解水中双氯芬酸

石墨相氮化碳(g-C₃N₄,GCN)作为一种新型无金属二维材料,因在可见光驱动下能够降解水中新有机污染物而备受关注. 但传统石墨相氮化碳存在比表面积小与活性位点少的弊端,严重限制了其应用前景. 为改良氮化碳性能,利用超分子自组装前驱体热聚合方法成功制备了微米级管状石墨相氮化碳(TCN),使用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等技术手段,对TCN的形貌、元素组成、晶体结构、电化学性能等进行表征. 研究还选取双氯芬酸(DCF)作为目标污染物,探索其降解行为与机理. 结果表明:①TCN基本结构单元为七嗪环,但比表面积(20.9 m2/g)较GCN增加了1倍以上. ②TCN (100)晶面暴露增强,晶面调控暴露出更多七嗪环边缘氮原子的孤对电子,利于光生电子激发和载流子分离,从而增强光催化活性. ③TCN能带带隙为2.48 eV,小于GCN (2.69 eV),说明TCN对可见光的吸收能力提升. ④莫特-肖特基曲线、光电流、阻抗谱图和扫描伏安谱图等电化学性能测试结果表明,TCN的光生电子转移效率大幅提升,有利于抑制光生空穴-电子对(h+-e-)的复合. ⑤TCN在模拟太阳光驱动下降解双氯芬酸(DCF)的动力学试验中准一级动力学常数(k₁)达6.99×10-2 min-1,是GCN的5.5倍. ⑥电子自旋共振谱(ESR)和自由基淬灭试验证实,体系中超氧根自由基(·O₂-)是最重要的活性氧物种,光生空穴(h+)也对DCF的降解有贡献. 研究显示,以超分子自组装的方式制备石墨相氮化碳的前驱体将有助于促进氮化碳可见光吸收、加速载流子分离,并提升光催化活性.      

g-C_3N_4/石墨烯复合材料的制备及光催化活性的研究

以三聚氰胺和氧化石墨烯颗粒为原料,通过研磨负载、氮气气氛下煅烧的方法制备了石墨相氮化碳/石墨烯(g-C_3N_4/r GO)复合光催化剂.主要采用TEM、XRD、PL等对其进行表征,研究了其在模拟太阳光下对罗丹明B(Rh B)的光催化性能.PL分析结果显示,相比单一的g-C_3N_4,g-C_3N_4/r GO的光生电子-空穴对的复合几率大大降低.光催化结果表明,和单一g-C_3N_4相比,首次使用研磨负载、氮气保护气氛下煅烧制备的g-C_3N_4/r GO(2%)光催化反应180min后对Rh B的降解率提高了43.2%.这是因为石墨烯为g-C_3N_4提供了电子转移场所,实现光生电子-空穴的有效分离,从而提高了光催化效率.本文还考察了添加叔丁醇(TBA)和三乙醇胺(TEOA)后对g-C_3N_4/r GO光催化的影响,实验结果表明:光生空穴是g-C_3N_4/r GO光催化体系中的主要活性物质之一.     

生物炭负载P掺杂g-C3N4复合光催化剂制备及其对萘光催化降解机制

采用农业资源废弃物玉米秸秆为生物质原材料,双氰胺为前驱物,（NH₄）₂HPO₄为磷源,通过高温煅烧和浸渍法成功制备了可循环使用的生物炭负载P掺杂g-C₃N₄复合光催化剂,并采用X射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外可见漫反射（UV-vis DRS）和光致发光光谱（PL）等手段对所制备样品的化学结构、表观形貌和光学特性进行了表征.结果表明,成功将P元素引入g-C₃N₄结构中,可有效改变其能带结构,降低其光生载流子复合几率;此外,生物炭作为载体,具有较好的稳定性和特殊的光电性能,不仅有利于g-C₃N₄的光电荷分离,还可提高其对可见光的响应能力.选取多环芳烃萘作为研究对象来探究不同种类光催化剂的光催化性能及对萘的去除效率.结果表明,质量比为1：1的生物炭负载P掺杂g-C₃N₄对萘表现出了最优的光催化性能,去除率为76.41%,一级动力学反应速率常数为0.0084 min^-1,是纯g-C₃N₄的3.1倍.此外,通过自由基捕获实验提出了光催化降解萘的可能机理.     

硫氯共掺杂g-C3N4纳米片光催化降解染料

采用气泡模板法制备了硫氯共掺杂的g-C₃N₄纳米片,通过XRD、FT-IR、XPS、SEM、UV-vis DRS和PL等手段对样品进行了表征,利用可见光照射下光催化降解罗丹明B（RhB）来评价其催化性能.结果表明,改性后的硫氯共掺杂的g-C₃N₄纳米片具有更大的比表面积,电子-空穴的分离效率提高,并且掺杂引起了能带结构的改变,使降解RhB的氧化基团从单一的·O₂^-变为·O₂^-和·OH双氧化基团,极大地提高了降解能力,制备的硫氯共掺杂g-C₃N₄纳米片对RhB的降解速率常数达到了0.01683min^-1,是纯氮化碳的5.5倍.     

氧掺杂石墨相氮化碳活化过一硫酸盐降解水中橙黄Ⅱ的效能和机理研究

为研究氧掺杂石墨相氮化碳活化过一硫酸盐降解水中橙黄Ⅱ的效能和反应机理,通过一步合成法将氧掺杂至石墨相氮化碳(g-C₃N₄),制备了新型无金属的环保氧掺杂g-C₃N₄(O-g-C₃N₄)催化剂,并采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)、Zeta电位仪和X射线光电子能谱仪(XPS)对O-g-C₃N₄催化剂的形貌、结构和成分进行了表征,研究了O-g-C₃N₄催化剂活化过一硫酸盐(PMS)体系(即O-g-C₃N₄/PMS体系)对水中橙黄Ⅱ(AO7)的降解效果、影响因素和反应机理。结果表明：成功将氧原子引入到g-C₃N₄基体中,O-g-C₃N₄催化剂保持了g-C₃N<...     

纤维素基碳复合气凝胶的制备及其光催化性能研究

光催化法治理水污染因具有绿色环保、高效和净化彻底等优点而受到研究者的关注,然而,粉末催化剂难以回收利用阻碍了其在实际应用中的推广.为了解决以上问题,基于多孔石墨相氮化碳(g-C₃N₄)和纤维素气凝胶的优点,本研究将溶胶-凝胶法与高温炭化工艺相结合,制备得到了一种三维多孔复合气凝胶(CN_x/CA).经碳化处理后,多孔g-C₃N₄均匀牢固地结合在纤维素碳气凝胶表面.当多孔g-C₃N₄的添加量为1 g时,得到的复合气凝胶具有较好的光催化性能.在光反应进行180 min时,对四环素的降解率达到92%.根据紫外可见漫反射及光致发光光谱可知,CN_x/CA的催化性能的提高主要源于其具有优异的光吸收能力及更低的载流子复合率,并且通过电子顺磁共振测试结果显示,光催化降解的主要活性物种是超氧自由基.     

碳量子点修饰石墨相氮化碳光催化降解罗丹明B的研究

利用抗坏血酸（AA）对石墨相氮化碳（g-C₃N₄）进行改性,制备出表面含有碳量子点（CQDs）的催化剂CQDs/g-C₃N₄.通过X射线衍射（XRD）、紫外可见光漫反射（UV-Vis DRS）、透射电镜（TEM）、光致发光光谱（PL）、X射线光电子能谱（XPS）对催化剂进行结构、形貌、光学性能测试.发现CQDs很好的负载到了g-C₃N₄表面,增加了催化剂表面活性位点.UV-Vis DRS表明碳量子点能够使催化剂的吸收光谱发生红移,同时缩小了催化剂的带隙宽度,增强了对光的吸收能力.光致发光光谱则显示了碳量子点的修饰能够有效的抑制光生电子空穴对的复合,从而提高光催化性能.通过光降解实验表明0.01g CQDs/g-C₃N₄催化剂在80℃下,3h对罗丹明B（RhB）的降解率为57.2%.捕获剂实验则说明了超氧自由基（·O₂^-）在光降解体系中起到了促进反应速率的作用.     

卤氧化铋光催化剂改性的研究进展及应用

随着全球环境问题与能源问题的不断加剧,人们迫切需要开发一些高效、环保、稳定的光催化剂。卤氧化铋(BiOX,X=Cl、Br、I)因其独特的层状结构,优异的光学、电学性能,在光催化领域受到了越来越多的关注。虽然BiOX光催化剂在光催化反应中展现出了优异性能,但其光催化效率仍有待提高。简要叙述了BiOX的结构与性能以及当前主流的制备方法,主要概述了最近几年卤氧化铋光催化剂改性的研究进展。改性方法主要有微结构调控、晶面与缺陷调控、掺杂、构造异质结等,这些方法主要是通过提高卤氧化铋或卤氧化铋复合物的光吸收能力、光生载流子的分离和运输效率、以及活性位点的暴露量来实现改性。介绍了其在环境、能源和生物等领域的应用,同时对BiOX的发展提出了问题和展望。     

g-C3N4/Cu2O/CF电极制备及在微生物燃料电池中的应用

为了提高微生物燃料电池的产电性能,采用电沉积法将石墨态氮化碳(g-C_3N_4)与氧化亚铜(Cu_2O)负载到碳毡(Carbon felt,CF)表面,制得g-C_3N_4/Cu_2O/CF光电极用于构建微生物燃料电池.通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、光生电流曲线(I-T)、线性扫描伏安曲线(LSV)对光电阴极进行光电性能测试,并在白光发光二极管(LED)辐照下研究了以Cu_2O/CF、g-C_3N_4/Cu_2O/CF为阴极光催化微生物燃料电池的产电性能.结果表明,g-C_3N_4/Cu_2O/CF电极中g-C_3N_4分布在Cu_2O之间;g-C_3N_4/Cu_2O/CF光电极能提高光利用率,与Cu_2O/CF光电极相比,光电流密度达到2700 mA·m~(-2),增长幅度达到125%;与Cu_2O/CF阴极微生物燃料电池相比,g-C_3N_4/Cu_2O/CF阴极微生物燃料电池具有更优的产电能力,在白光LED辐照下最大功率密度和光电流密度达到110.7 mW·m~(-2)和1102 mA·m~(-2),增长幅度达到16%和27%.