g-C3N4基复合纳米材料光催化性能研究进展

g-C₃N₄可见光利用率高,具有非常好的光催化性能,是一种新型的无金属半导体光催化材料,然而电导率低,易团聚,光生载流子容易复合限制了其在实际生产中的应用。为进一步提高g-C₃N₄基复合材料的光催化性能,研究者做了大量修饰工作,并取得显著成果。本文主要从半导体材料耦合(细分为原子层沉积法和三元纳米材料复合)、贵金属修饰和量子点敏化三个方面概括了近年来对g-C₃N₄的修饰改性工作,探究了g-C₃N₄基复合材料在光催化降解有机污染物、光解水制氢、催化“记忆”效应和降解重金属等不同领域方面取得的成效。指出g-C₃N₄基复合材料发展面临的问题,最后对g-C₃N₄基复合材料未来的发展提出了展望。     

g-C3N4结构调控及其复合体系的研究进展

石墨相碳化氮（g-C₃N₄）因带隙窄、电子结构独特、稳定性高、廉易得等优点成为光催化领域的研究热点。然而,原始氮化碳往往存在比表面积小、光响应范围窄、电子-空穴易复合等缺点。特殊结构 g-C₃N₄具有多级结构,可以调节载流子迁移路径,是显著提高 g-C₃N₄比表面积、改善其电子结构,促进电荷分离的有效手段。本文综述了不同结构和形貌的 g-C₃N₄及其复合体系的研究进展,并对不同形貌 g-C₃N₄的构效关系进行了分析,展望了未来 g-C₃N₄的研究方向和应用前景。     

g-C3N4/Ag基二元复合光催化剂降解环境污染物的研究进展

光催化技术在太阳能资源利用方面呈现出良好的应用前景,已受到世界各国的广泛关注。g-C₃N₄是一种二维结构的非金属聚合物型半导体材料,具有合成简单、成本低、化学性质稳定、无毒等特点,在环境修复和能量转化方面应用潜力较大。但g-C₃N₄存在对可见光吸收能力差、比表面积小和光生载流子复合速率高等缺点,限制了其实际应用。构筑异质结光催化剂是提高光催化效率的有效途径之一。基于Ag基材料的特点,前人对g-C₃N₄/Ag基二元复合光催化剂进行了大量研究,并取得显著成果。本文总结了近年来AgX(X=Cl, Br, I)/g-C₃N₄、Ag₃PO₄/g-C₃N₄、Ag₂CO₃/g-C₃N₄、Ag₃VO₄/g-C     

石墨相氮化碳基材料光催化还原除铀研究进展

将光催化技术应用于含铀废水处理具有广阔的前景。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)基催化剂因具有合适的能带结构、出色的稳定性以及光电性能,成为了研究最多的光催化除铀材料。因此本文综述了g-C₃N₄基材料在光催化还原除铀中的研究进展,探讨了光催化除铀的机理、g-C₃N₄基光催化剂的合成技术及研究现状,指出了g-C₃N₄基材料光催化还原除铀的应用挑战并展望了未来的发展前景。     

特殊形貌g-C3N4基光催化材料的研究进展

特殊形貌石墨相氮化碳（g-C₃N₄）基材料具有多级结构、可调变的短程电子传递路径等特点，能较好地解决传统g-C₃N₄基材料存在的比表面积小、可见光利用效率低以及光生载流子易复合等问题，因而具有广阔的发展前景和应用潜力。本文对管/棒/阵列、多孔微球、凝胶和仿生形貌等特殊形貌g-C₃N₄基光催化材料的研究进展进行了系统评述，并对该类材料的形貌与催化功能之间的构效关系进行了分析和总结。指出目前该类材料的研究尚处于起步阶段，还存在着形貌数量种类偏少、合成方法较少、构效关系认识不够深入等问题。因此，该领域未来应该在拓展形貌种类、调控能带位置、光生载流子转移机理和分子模拟等方面进行深入研究，为高性能光催化剂的研制提供更好的思路。     

g-C3N4复合材料光/光电催化废水处理研究进展

简述了g-C₃N₄材料的结构和特性,综述了光催化废水处理的g-C₃N₄基纳米复合材料以及g-C₃N₄复合可见光半导体电极及光电催化应用,提出了g-C₃N₄基纳米复合材料在废水处理应用中的可行策略。     

NiVP-PBA/g-C3N4赝电容复合材料的构筑及其CDI脱盐性能研究

以PBAs纳米粒子为模板，通过简单共沉淀法、水热反应法和气相沉积法制备出多金属磷化物NiVP-PBA/g-C₃N₄复合材料。利用电子显微镜、X射线衍射仪、N₂吸附/解吸测试仪、电化学工作站等对复合材料进行表征分析。结果表明，NiVP-PBA/g-C₃N₄材料具有中空核壳立方体结构，g-C₃N₄作为高导电性的改性剂均匀包裹在NiVP立方体外。此外，该材料的比表面积为23.43 m²/g,比电容达到80.09 F/g,具有77.63 mg/g的高脱盐能力。中空核壳结构的NiVP-PBA/g-C₃N₄电极具有优良的脱盐能力。     

一维/二维PANI/g-C3N4复合材料的制备及其光催化性能研究

以三聚氰胺和氯化铵为前驱体通过热共聚合法制备出多孔g-C₃N₄纳米片，原位聚合法制备出一维纳米纤维PANI与多孔g-C₃N₄纳米片(PANI/g-C₃N₄)复合材料。一维纳米纤维PANI具有优异电荷传输性能和良好的可见光响应，可以弥补g-C₃N₄光生电子对快速复合和可见光响应不足的缺点。多孔g-C₃N₄纳米片可以提供更多反应活性位点，同时还可以缩短光生电荷从材料内部到表面的传输距离，抑制光生载流子复合，从而提高材料光催化活性。5PANI/g-C₃N₄在180 min罗丹明B去除率达83%，经过3次循环后，对罗丹明B去除率仍保持83%，显现出优异光催化活性和稳定性。     

g-C3N4基材料光催化分解水产氢的研究进展

由于化石燃料大量消耗导致的能源危机和环境问题日趋严重，将氢能作为一种替代传统能源的绿色能源成为当下的研究热点。用以光催化分解水产氢的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)基材料不仅制氢规模大，而且投入成本少，近年已成为产氢的最优方案之一。但通过对g-C₃N₄改性，可有效提高其产氢效率，并解决g-C₃N₄材料固有的可见光响应范围窄、电子—空穴复合严重、光催化产氢效率低等问题。本文回顾了近年来各种基于g-C₃N₄基材料光催化分解水产氢的方法和手段，重点介绍了g-C₃N₄光解水产氢的机理、g-C₃N₄的掺杂改性，并总结了影响g-C₃N₄基材料光催化分解水产氢效率的因素。最后，讨论了g-C₃N₄基材料光催化分解水产氢的一些关键限制条件和未来前景。     

g-C3N4光催化材料改性研究进展

针对石墨相氮化碳(g-C₃N₄)比表面积小、光生载流子复合快和可见光利用效率低等缺点,阐述了g-C₃N₄的改性方法,包括形貌调整、离子掺杂、半导体复合,旨在增大比表面积,加快电子-空穴对的分离,拓宽可见光响应范围;同时讨论了相应的改性方法对光催化性能的影响,从而达到提高光催化性能的目的;对g-C₃N₄的未来发展趋势进行了展望。     

Ag/g-C3N4光催剂的构建及降解7-氨基头孢烷酸机理

研究了Ag/g-C₃N₄光催化剂的制备及降解7-氨基头孢烷酸的性能和机理。通过贵金属表面沉积法制备 Ag/g-C₃N₄光催化剂,利用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）研究催化剂的形貌和微观结构,通过X光射线能谱（XRD）研究催化剂的晶体结构,采用红外光谱（FTIR）研究催化剂的表面化学官能团,紫外可见光谱（UV-vis）研究催化剂的能带结构和光学性质,通过光催化降解7-氨基头孢烷酸评价Ag/g-C₃N₄的催化性能。结果表明,本研究制备得到了高纯度和高催化性能的Ag/g-C₃N₄光催化剂,与单体g-C₃N₄相比,Ag/g-C₃N₄的吸光性能得到了明显提升,光生电子-空穴的分离和传输性能得到了增强。可见光照射120min时,7%-Ag/g-C₃N₄对7-ACA的降解效率约为78.55%,是单体g-C₃N₄降解效率的1.38倍。本研究为拓宽g-C₃N₄基催化剂在光催化领域的应用提供了崭新的研究思路。     

超分子前体制备g-C3N4/g-C3N4同质结及光催化性能研究

通过混合煅烧二氰二胺水热法和三聚氰胺-三聚氰酸共沉淀法制备的超分子前驱体,制备了兼具多孔纳米片和中空纳米管形貌的g-C₃N₄/g-C₃N₄同质结（CN-HP）。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、光致发光光谱（PL）等对光催化剂进行了表征。结果表明,CN-HP-1/1在75 min内对亚甲基蓝（MB）的降解率可达99.8%,伪一级动力学常数为4.02 h^-1,是块体g-C₃N₄的5倍,同时单位比表面积的反应常数提升至单体的1.8倍。PL测试表明,合适比例的三聚氰胺-三聚氰酸（MCA-H、MCA-P）超分子制备的同质结,其光生电子-空穴复合率较单体g-C₃N₄进一步降低。自由基捕获实验表明,光生空穴是光催化降解过程中的主要活性物种,并结合X射线光电子能谱价带谱测试提出了Z型电子传输机制。     

In2S3/g-C3N4复合光催化剂的制备及其光催化降解四环素

本文分别采用热缩聚法和水热法合成了g-C₃N₄和In₂S₃,再用简单的机械研磨工艺制备出了In₂S₃/g-C₃N₄复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对In₂S₃/g-C₃N₄复合光催化剂的晶体结构、形貌、微观结构和光学性质进行了表征,在可见光照射下,通过降解四环素(TC)来评价其光催化活性。结果表明,研磨比例为1∶4(摩尔比)的In₂S₃/g-C₃N₄复合光催化剂表现出最佳的光催化性能,在氙灯下TC的光降解表观速率常数是0.025 1 min^-1,分别是In₂S₃和g-C₃N₄的2.9倍和1.6倍,在自然光下TC的光降解表观速率常数是0.010 4 min^-1,分别是In₂S₃和g-C₃N₄的2.6倍和1.4倍。In₂S₃/g-C₃N₄复合光催化剂优异的光催化性能归功于载流子的高效迁移和分离以及增强的光吸收能力。本研究为设计和开发用于抗生素废水处理的可见光响应光催化剂提供了一条有前景的途径。     

g-C3N4/泡沫陶瓷的光催化烟气脱硫性能

采用XRD和FT-IR对制备的g-C₃N₄光催化剂进行表征,使用气固光催化反应器考察60 ℃条件下g-C₃N₄/泡沫陶瓷的SO₂光催化氧化性能,包括吸附性能和光催化脱硫活性。结果表明,负载g-C₃N₄光催化剂的泡沫陶瓷,对SO₂的吸附容量性能大大提高;g-C₃N₄/泡沫陶瓷在H₂O和O₂同时存在时的光催化脱硫活性最好,脱硫率86.9%。     

g-C3N4的改性策略以及g-C3N4/Ti3C2异质结研究进展

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）禁带宽度约为2.7 eV,具有可见光响应能力。由于其良好的热和化学稳定性,且形貌和化学结构可调,在光催化领域应用广泛。但由于其带隙宽,对可见光响应范围窄,且光生载流子的复合率高,导致其光催化效率低,可通过改性来改善。本文综述了对g-C₃N₄形貌调控、掺杂和构建异质结等改性策略,以及g-C₃N₄/Ti₃C₂异质结的作用机理、制备方法和在光催化析氢、有机物降解及合成等领域的应用。     

Research progress on modification strategy of g-C3N4 and g-C3N4/Ti3C2 heterojunction

Graphite phase carbon nitride (g-C₃N₄) is a kind of metal-free semiconductor material with a forbidden band width of about 2.7 eV and has visible light response capability. Attributed to its good thermal and chemical stability, adjustable morphology and chemical structure, it is widely used in the field of photocatalysis. However, due to its low specific surface area and wide band gap, its response range to visible light is narrow and the recombination rate of photogenerated carriers is high, resulting in a low photocatalytic efficiency, which can be effectively improved by modification. The two-dimensional material Ti₃C₂ has a narrower band gap compared with other semiconductor materials, and the heterogeneous junction between Ti₃C₂ and g-C₃N₄ is expected to obtain a wider range of visible light absorption and higher photocatalytic efficiency. This article reviews the modification methods of g-C₃N₄ including morphology control, doping and constructing heterojunctions, as well as the action mechanism, preparation methods and applications of g-C₃N₄/Ti₃C₂ heterojunction in photocatalytic hydrogen evolution, organics degradation and synthesis, etc.     

固相反应合成ZnO/g-C3N4光催化剂及光催化性能

以乙酸锌、氢氧化钠和g-C₃N₄粉末为原料,并添加十二烷基苯磺酸钠粉末作为表面活性剂,采用室温固相研磨法制备了ZnO/g-C₃N₄光催化剂。并研究了复合材料的光催化性能。研究结果表明,经固相研磨后,会形成ZnO/g-C₃N₄复合材料,g-C₃N₄充分细化成薄片状。添加十二烷基苯磺酸钠粉末促进了g-C₃N₄发生相变。当g-C₃N₄含量较低时,产物的形貌呈现为纳米花,实际上是因为大量的氧化锌纳米片负载到g-C₃N₄片上。当g-C₃N₄含量较高时,产物为二维纳米片,由氧化锌纳米颗粒负载到g-C₃N₄片上。合成的ZnO/g-C₃N₄复合材料对亚甲基蓝表现出良好的可见光催化活性。     

同轴电纺法TiO2/g-C3N4的制备及光催化性能研究

传统的静电纺丝法使用单一的毛细管状喷头喷丝,通常用于制备实心且表面光滑单一组分的纳米纤维,无法得到具有多种功能性结构的复合材料,应用范围较窄。以酞酸丁酯和尿素为原料,采用同轴静电纺丝法成功制备了TiO₂/g-C₃N₄复合材料,并用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、场发射扫描电子显微镜（SEM）和Brunauer-Emmett-Teller （BET）分析对样品进行了表征,通过光催化降解亚甲基蓝溶液（MB）研究了不同g-C₃N₄添加量对TiO₂/g-C₃N₄复合材料光催化性能的影响。实验结果表明,采用同轴静电纺丝法结合500℃煅烧工艺成功制备了大比表面积及高光催化性能的TiO₂/g-C₃N₄复合材料。当g-C₃N₄添加量为0.15 g时,TiO₂/g-C₃N₄复合材料对亚甲基蓝溶液（MB）的光催化降解效率可达93.8%,且经过5次重复实验后降解率仍可达80%以上。     

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。