g-C_3N_4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-C_3N_4)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-C_3N_4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-C_3N_4的制备方法的基础上,综述了g-C_3N_4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。     

类石墨相C_3N_4光催化剂的制备及改性研究进展

类石墨相氮化碳(g-C_3N_4)半导体材料因具有热稳定性好、价廉、能带结构易于调控和较高的太阳能转化率等特性而在光催化领域具有广泛的应用前景,其制备和性能的研究引起了国内外学者的广泛关注。本文介绍了C_3N_4的制备技术及其光催化应用领域,综述了g-C_3N_4光催化性能的增强改性研究进展,包括物理复合改性、化学掺杂和形貌调控等改性研究进展,对g-C_3N_4光催化的发展趋势进行了展望。     

ZnO/g-C_3N_4的制备及其光催化性能研究

以六水硝酸锌、2-甲基咪唑为原料制备氧化锌,分别与尿素、硫脲复合,高温聚合制备ZnO/g-C_3N_4复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(IR)、X射线衍射仪(XRD)对试样进行表征,并对所得试样进行光催化性能测试。光催化测试结果表明,ZnO/g-C_3N_4复合材料比ZnO的光催化性能好,两种不同原料制备的ZnO/g-C_3N_4复合材料催化性能相比,以尿素为原料制备的ZnO/g-C_3N_4复合材料的光催化性能最佳。     

硫酸胍制备多孔石墨型氮化碳及其光催化降解苯酚

为了增加比表面积和提高催化活性,一种无毒和易得的前驱体硫酸胍被首次用于制备石墨型氮化碳(g-C_3N_4)。用X射线粉末衍射、红外光谱、扫描电镜、透射电镜、N_2吸附-脱附、光电子能谱、紫外-可见光吸收光谱和荧光光谱对所得多孔g-C_3N_4进行表征。与由三聚氰胺为前驱体制备的体相g-C_3N_4相比,硫酸胍为前驱体制备的多孔g-C_3N_4具有更高的比表面积、发达的孔结构和较好的光电性能。以光催化降解苯酚为模型反应考察催化剂性能,结果表明,所得多孔g-C_3N_4的催化活性明显高于体相g-C_3N_4。优异的光催化性能和简单的合成方法使硫酸胍制备的多孔g-C_3N_4可广泛用于环境和能源领域。     

石墨相氮化碳与半导体光催化剂复合研究进展

叙述了近年来国内外石墨相氮化碳(g-C_3N_4)与半导体复合光催化剂的制备方法、提高其光催化活性途径及常见复合催化剂的研究进展,以进一步揭示在半导体光催化剂复合研究中所面临的主要难题及今后改进措施,认为应继续采用多种手段共同改性g-C_3N_4光催化剂,以便提高其光催化高效性及稳定性;研究其它不同修饰剂对g-C_3N_4的光吸收和光催化协同效应机理、光生电子与空穴在修饰条件下发生分离的物理机制;进一步探索g-C_3N_4光催化全解水反应机制,为g-C_3N_4在处理水中污染物、治理空气污染物、光解水制氢等领域提供更多的应用前景。     

超声调控Ag/g-C_3N_4复合材料及光催化性能研究

通过固相加热制备g-C_3N_4,超声调控获得片层状g-C_3N_4,光照Ag NO3与g-C_3N_4成功制备了Ag/gC_3N_4复合光催化材料。利用X射线衍射仪(XRD)以及扫描电子显微镜(SEM)分析产物的物相和形貌,采用紫外-可见吸收光谱表征样品的光学性能。以罗丹明B为模拟污染物,评价超声样品Ag/g-C_3N_4的可见光(λ≥420nm)催化性能。实验结果表明,与纯g-C_3N_4相比,超声的Ag/g-C_3N_4复合光催化材料在可见光下降解罗丹明B的光催化活性最好。分析表明Ag与g-C_3N_4的协同作用抑制光生电子-空穴的复合是可见光催化活性增强的主要原因。     

g-C_3N_4/C/Ag复合材料的制备及其光催化性能的影响

为了提高石墨型氮化碳(g-C_3N_4)的光催化性能,通过水热还原法制备了g-C_3N_4/C/Ag纳米复合材料,并用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)和高分辨率傅立叶变换红外(FTIR)光谱表征了产品的微观形貌和化学组成。产品的紫外可见光吸收光谱分析表明,加入的纳米银可以提高复合材料的光吸收范围和可见光的吸收强度。用制备得到的四种样品进行了亚甲基蓝的降解实验,发现当反应条件为180℃,反应时间为6 h时,得到的g-C_3N_4/C/Ag纳米复合材料的光催化降解性能最好。表明成功制备出了g-C_3N_4/C/Ag纳米复合材料,其光催化性能比g-C_3N_4更强。     

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%。     

双助剂修饰WO_3/g-C_3N_4及其光催化性能研究

采用光沉积法分别将Ag和MnOx有选择地负载到WO_3/g-C_3N_4复合光催化剂的g-C_3N_4和WO_3表面,制备出双助剂共同改性的Ag-MnOx/WO_3/g-C_3N_4复合光催化剂,通过XRD、TEM、FT-IR、DRS对样品进行表征,考察了Ag-MnOx/WO_3/g-C_3N_4在光催化降解罗丹明B(RhB)溶液的光催化活性。结果表明,Ag沉积在g-C_3N_4表面,MnOx沉积在WO_3表面,有效地促进了光生电子和空穴的分离,在光催化降解测试中,Ag-MnOx/WO_3/g-C_3N_4的降解速率是WO_3/g-C_3N_4的1. 87倍,且比负载单助剂的WO_3/g-C_3N_4NS和浸渍法制备的复合光催化剂降解速率更高。     

聚吡咯/石墨相氮化碳光催化材料的制备及其铀降解性能研究

为了提高g-C_3N_4的光催化性能,通过原位聚合法制备了PPy/g-C_3N_4复合材料。通过SEM、XRD、BET和FTIR等表征手段研究PPy/g-C_3N_4的微观形貌、化学组成以及光催化降解铀的性能。结果表明,PPy抑制了g-C_3N_4晶粒的生长,提高了g-C_3N_4的比表面积。在降解时间60 min,pH=5,U(VI)初始浓度5 mg/L,光催化剂投加量200 mg/L的条件下,g-C_3N_4和PPy/g-C_3N_4复合材料对U(VI)的降解率分别为83.11%和96.20%。重复使用3次后,PPy/g-C_3N_4对U(VI)的降解率仍达92.4%。     

g-C_3N_4/TiO_2复合光催化材料制备及研究进展

概述了g-C_3N_4/TiO_2复合材料的制备方法,给出了g-C_3N_4的晶体结构和分子结构,介绍了g-C_3N_4/TiO_2为基的三种类型催化剂的可见光催化机理,总结了g-C_3N_4/TiO_2复合光催化材料的应用。     

g-C_3N_4/TiO_2复合光催化材料制备及研究进展

概述了g-C_3N_4/TiO_2复合材料的制备方法,给出了g-C_3N_4的晶体结构和分子结构,介绍了g-C_3N_4/TiO_2为基的三种类型催化剂的可见光催化机理,总结了g-C_3N_4/TiO_2复合光催化材料的应用。     

聚吡咯/石墨相氮化碳光催化材料的制备及其铀降解性能研究

为了提高g-C_3N_4的光催化性能,通过原位聚合法制备了PPy/g-C_3N_4复合材料。通过SEM、XRD、BET和FTIR等表征手段研究PPy/g-C_3N_4的微观形貌、化学组成以及光催化降解铀的性能。结果表明,PPy抑制了g-C_3N_4晶粒的生长,提高了g-C_3N_4的比表面积。在降解时间60 min,pH=5,U(VI)初始浓度5 mg/L,光催化剂投加量200 mg/L的条件下,g-C_3N_4和PPy/g-C_3N_4复合材料对U(VI)的降解率分别为83.11%和96.20%。重复使用3次后,PPy/g-C_3N_4对U(VI)的降解率仍达92.4%。     

g-C3N4/CQDs光催化材料的制备及性能

采用高温热解法制备了石墨相氮化碳(g-C_3N_4),将其与碳量子点(CQDs)进行水热复合,得到g-C_3N_4/CQDs复合光催化剂。采用SEM、TEM、FTIR、XRD、UV-Vis/DRS、XPS、N2吸附-脱附等温线手段对制备的复合光催化剂进行了表征,以罗丹明B(Rh B)为模拟污染物,考察了g-C_3N_4/CQDs的可见光催化活性及稳定性。结果表明:与g-C_3N_4相比,g-C_3N_4/CQDs对可见光吸收强度增加,同时其吸收波长向可见光区发生红移;当CQDs含量为1.5%(以g-C_3N_4质量为基准)时,所得g-C_3N_4/CQDs光催化材料的催化活性最佳,其对Rh B的光催化降解率是54.5%,是g-C_3N_4光催化降解率的1.38倍,化学反应动力学拟合相关系数R2=0.9982。且g-C_3N_4/CQDs循环使用3次后,其催化降解率仍保持在50%以上。光催化机理研究表明,空穴(h+)、超氧阴离子自由基(·O2–)、过氧化氢分子(H2O2)和羟基自由基(·OH)都是光催化过程中的主要活性物种,四者氧化作用大小依次为:h+·O2– H2O2·OH。     

CuPc/g-C3N4的制备和光催化降解2,4-二氯苯酚性能研究

2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)对人体有较强的毒性和致癌性,寻找合适的催化剂对其进行光催化降解是非常有意义的。g-C_3N_4作为新兴光催化材料对2,4-DCP有一定降解性能,但有待提升。本文引入酞菁铜(CuPc)构建和制备了CuPc/g-C_3N_4复合光催化剂,g-C_3N_4分别与3%、6%、9%、12%CuPc复合后,光催化降解2,4-DCP的性能都有所提升,其中9%CuPc/g-C_3N_4具有最好的2,4-DCP光催化降解率,有望成为新型的2,4-DCP高性能光催化降解剂。     

g-C_3N_4光催化材料的制备及降解水中头孢曲松钠

采用高温煅烧法成功制备了块状g-C_3N_4和g-C_3N_4纳米材料,利用XRD、SEM、FT-IR、UV-Vis、PL等方法对材料进行表征,并研究其降解头孢曲松钠的光催化活性和机理。当降解时间为120 min、头孢曲松钠质量浓度为10 mg/mL、半导体材料的加入量为0.1 g时,块状g-C_3N_4和g-C_3N_4纳米材料的降解率分别为67.74%和85.84%,g-C_3N_4纳米材料的光催化活性高于块状g-C_3N_4;对催化机制研究发现,空穴(h+)和羟基自由基(·OH)起主要催化作用,超氧自由基(·O_2~-)次之。对g-C_3N_4纳米材料的稳定性进行评价,3次循环催化后材料稳定性良好。     

g-C_3N_4/TiO_2光催化复合材料光催化活性提升路径研究

由于g-C_3N_4存在着表面积小、光生载流子复合严重等问题,限制了光催化材料的光催化活性,故以g-C_3N_4/TiO_2光催化复合材料为实验对象,提出g-C_3N_4/TiO_2光催化复合材料光催化活性提升路径研究。选取适当的实验试剂与仪器,并对试剂进行一定的处理,制备g-C_3N_4纳米片、TiO_2纳米片与g-C_3N_4/TiO_2光催化复合材料,设置水分解实验步骤。在不同三聚氰胺/TiO_2质量比、高温煅烧温度与高温煅烧时间条件下,制备g-C_3N_4/TiO_2光催化复合材料,并进行水分解实验。结果表明,当制备条件为三聚氰胺/TiO_2质量比为4∶1,高温煅烧温度为550℃,高温煅烧时间为5 h时,g-C_3N_4/TiO_2光催化复合材料水分解氢气量最大,即光催化活性最佳。     

Fe~(3+)/g-C_3N_4光催化降解罗丹明B研究

罗丹明B是一种具有致癌、致突变等作用的难降解的工业污染物,如何高效地降解罗丹明B具有很重要的现实意义。本研究通过模板法和高温法配合制备Fe~(3+)/g-C_3N_4,采用X射线衍射分析、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱等对其进行了表征,并以Fe~(3+)/g-C_3N_4为催化剂光催化降解罗丹明B。结果发现,该法成功制取了Fe~(3+)/g-C_3N_4,其对罗丹明B的降解效率较g-C_3N_4提高3.8倍,经过60min反应,98.3%罗丹明B被降解,说明Fe~(3+)/g-C_3N_4能有效地光催化降解罗丹明B,具有潜在的应用前景。     

超分子前驱体对g-C3N4/BiOI光催化剂结构及其催化性能的影响

光催化技术在解决能源与环境问题方面具有广阔前景,关键在于开发具有可见光响应的催化剂。石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))与碘氧化铋(BiOI)均具有可见光响应,两者可形成异质结复合物,提升光催化性能。以三聚氰胺-三聚氰酸超分子作为合成g-C_(3)N_(4)的原料,通过高温焙烧不同加入量的超分子与BiOI形成的前驱体,制备不同形貌结构的g-C_(3)N_(4)/BiOI催化剂。采用XRD、红外光谱以及SEM对催化剂进行结构与形貌的表征,采用双酚A探究不同结构的g-C_(3)N_(4)/BiOI催化剂的光催化性能。结果表明,当加入超分子物质的量分数为15%时,光催化性能最佳,降解速率常数达0.0272 min^(-1)。     

加热温度对尿素水溶液制备类石墨相氮化碳的影响及其机理

石墨相氮化碳(g-C_3N_4)由于其优异的化学稳定性和独特的电子能带结构被认为是一种廉价且极具潜力的光催化剂,然而传统方法制备的g-C_3N_4存在比表面积小、光生电子–空穴复合严重及剥离效率低等问题。采用尿素溶于一定量的水中,通过控制一定的升温速率及加热温度制备性能优异的g-C_3N_4。结果表明,在水中450~500℃裂解尿素可获得疏松多孔、类石墨相的g-C_3N_4纳米片,在500℃时获得的g-C_3N_4具有较多的纳米孔隙及较大的比表面积;550℃时孔隙消失,且g-C_3N_4的带隙能随着加热温度升高逐渐降低。光催化结果表明,随水中裂解尿素温度升高,制备的g-C_3N_4在可见光下对罗丹明B的降解率先增大后减小,500℃时降解率最高,达到75.5%,且明显好于500℃时直接加热尿素制备g-C_3N_4的降解率(24.1%)。多孔、少层且高比表面积的类石墨烯微观结构是500℃下获得多孔g-C_3N_4样品较高的光催化活性的主要原因,h+和·O_2–是参与降解反应的主要活性基团。