高比表面积g-C_3N_4的制备及其改性研究进展

g相氮化碳(g-C_3N_4)在光催化领域有广阔的应用前景,但因其比表面积小、光生电子-空穴易复合、对光的吸收范围窄等缺点在实际应用中受到限制。通过制备高比表面积的介孔g-C_3N_4和对g-C_3N_4进行改性可以有效地改善上述缺点。综述了近年来介孔g-C_3N_4的制备方法及g-C_3N_4改性研究进展,同时对g-C_3N_4的发展方向做出了展望。     

g-C_3N_4的制备及可见光催化性能研究

将尿素和三聚氰胺的混合物置于马弗炉煅烧,制得了产率较高的g-C3N4。用XRD、TEM、BET、FT-IR、UV-Vis、PL、TG-DSC等对样品进行了表征,以亚甲基蓝为目标化合物,LED灯为光源,评价了其可见光催化活性。结果表明,当煅烧温度为520℃,尿素含量为60%后,制备的g-C3N4呈片状结构,比表面积达到40.63m2/g,在12 W的LED灯照射下2h对15mg/L的亚甲基蓝降解率达到91.1%。     

Gd3+掺杂纳米TiO2的制备及光解水制氢性能研究

采用溶胶-凝胶法和溶胶-凝胶浸渍法制备了纯的和Gd3 掺杂的纳米TiO2,并利用XRD,电化学, PL光谱和UV-vis漫反射光谱等手段对样品进行了表征.考察了焙烧温度和Gd3 掺杂量对TiO2在紫外光照射下光催化分解水制氢活性的影响.结果发现Gd3 的掺入提高了TiO2光解水制氢活性,并且用溶胶-凝胶浸渍法制备的Gd3 掺杂TiO2光催化剂的活性优于用溶胶-凝胶法制备的光催化剂活性,Gd3 的最佳掺杂量为0.5%(质量分数),催化剂的最佳煅烧温度为500℃.Gd3 的掺入阻止了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,抑制了晶粒的生长,在紫外区的光吸收能力增强,电子-空穴对的分离效率提高,从而提高了TiO2光催化分解水制氢活性.     

SiO_2/g-C_3N_4复合材料的制备及性能研究

通过静电相互作用制备得到二氧化硅/石墨型氮化碳(SiO_2/g-C_3N_4)复合材料,研究不同粒径的SiO_2颗粒对SiO_2/g-C_3N_4复合材料的可见光吸收以及电化学性能的影响。利用红外光谱和扫描电子显微镜对复合材料的结构、形貌进行表征;利用紫外可见分光光度计和电化学工作站测试复合材料的可见光吸收和电化学性能。结果表明:g-C_3N_4分散在较规整排列的SiO_2颗粒间;当SiO_2的粒径为430nm时,复合材料的可见光吸收最高,电化学性能也最好。     

Au/g-C_3N_4纳米复合物的制备与表面增强拉曼性能研究

在石墨型氮化碳(g-C_3N_4)表面上负载上通过柠檬酸钠化学还原法制备的尺寸约25nm的Au颗粒,获得Au/g-C_3N_4纳米复合材料。采用XRD、FT-IR、SEM、UV-Vis和拉曼等表征手段,考察了样品的结构、形貌与性能。结果表明,Au/g-C_3N_4纳米复合材料具有良好的SERS活性,可以用于重金属离子存在的检测。     

g-C_3N_4/CuPc复合材料的制备及其光催化性能研究

以三聚氰胺为前驱体,先通过煅烧法制备石墨相氮化碳(g-C_3N_4),再利用超声法引入铜酞菁(CuPc)制备出石墨相氮化碳/铜酞菁(g-C_3N_4/CuPc或CN@CuPc)光催化复合材料。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射谱(XRD)及紫外-可见吸收光谱(DRS)等分析手段对所制备材料进行表征。以2,3-二氯苯酚为目标污染物,在500 W氙灯的照射下,考察了复合材料的含量、复合材料的投加量及污染物初始浓度等条件对光催化效果的影响。实验结果表明,在最佳的实验条件下,2,3-二氯苯酚经照射240 min后,降解率可达92%左右。该光催化反应符合拟一级反应动力学模型;在此反应过程中,起关键作用的活性物种为羟基自由基(·OH)。     

高比表面积纳米氧化锆的制备及应用

氧化锆是一种重要的催化剂及载体.它具有酸碱双功能表面性质,尤其是它优良的耐热性能在材料领域得到了广泛应用.本文介绍了几种高比表面积纳米氧化锆的制备方法以及在各种新材料领域的应用.     

g-C_3N_4/BiVO_4复合光催化剂制备及其光催化性能研究

以三聚氰胺、硝酸铋、偏钒酸铵、硝酸、氨水等为主要原料,在热解法合成g-C_3N_4基础上,通过水热法合成g-C_3N_4/BiVO_4复合光催化剂。采用XRD、SEM、BET和UV-Vis等对合成产物的物相组成、微观形貌和光催化性能进行表征,通过降解亚甲蓝溶液对试样的光催化性能进行评价。结果表明:g-C_3N_4/BiVO_4复合光催化剂的光催化性能较纯BiVO_4和g-C_3N_4有显著提高,当g-C_3N_4∶BiVO_4(理论合成质量比)=0.4∶1、水热温度为140℃、水热时间为10 h条件下,合成的g-C_3N_4/BiVO_4复合光催剂具有最佳光催化性能,在高压汞灯照射150 min条件下,对亚甲蓝溶液(10 mg/L)的降解率为80.8%,比相同条件下纯BiVO_4和g-C_3N_4的光催化效率分别提高47.5%和22.1%,且光催化反应符合一级动力学方程。     

水热法制备TiO_2/g-C_3N_4及其光催化性能

采用水热法合成了可见光响应的TiO_2/g-C_3N_4复合催化剂,通过X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附(BET)法、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)、荧光光谱(PL)、X射线光电子能谱(XPS)对样品进行了表征。并以亚甲基蓝为降解对象,考察了在可见光条件下不同催化剂对亚甲基蓝的降解能力。研究结果表明,锐钛矿型二氧化钛均匀地负载在石墨相氮化碳片层上,TiO_2/g-C_3N_4复合材料的光吸收带边扩展到470nm,具有优异的可见光催化效率,它对亚甲基蓝的光催化降解率达到99.0%。     

Ag/AgCl/质子化g-C_3N_4纳米复合材料的制备及其光催化性能的研究

采用沉积-沉淀法制备Ag/AgCl/质子化g-C_3N_4(Ag/AgCl/p-g-C_3N_4)纳米复合材料,通过XRD、TEM、XPS、UV-Vis和PL对样品的结构、形貌和光学性能进行了表征。UV-Vis和PL分析表明,相比于纯gC_3N_4,p-g-C_3N_4和Ag/AgCl/p-g-C_3N_4纳米复合材料对可见光的响应能力和光生载流子的分离效率明显增强。通过可见光下降解甲基橙(MO)、盐酸四环素(TC)和环丙沙星(CIP)溶液评价样品的光催化性能。经优化后的Ag/AgCl/p-g-C_3N_4纳米复合材料在可见光照射60min后对MO的降解率达到90.4%,照射120 min后对TC和CIP的降解率分别为92.4%和76.1%。此外,Ag/AgCl/p-g-C_3N_4纳米复合材料具有良好的光催化稳定性。Ag/AgCl/p-g-C_3N_4纳米复合材料增强的光催化性能归因于Ag纳米颗粒的SPR效应以及Ag、AgCl和p-gC_3N_4之间的协同效应。     

高比表面积纳米石墨粉的微波吸收性能研究

利用爆轰法制备了纳米石墨粉,对合成的纳米石墨粉进行形貌、结构和微波性能表征。拉曼光谱和X射线衍射仪结果表明样品为石墨结构,平均粒度在30 nm。TEM结果表明,合成的纳米石墨粉为球形颗粒。通过矢量网络分析仪测试了不同体积分数的纳米石墨粉复合材料的介电常数,并利用传输线理论计算了微波吸波特性,结果表明相同体积分数5%情况下,高比表面积的纳米石墨粉AM4样品相对于含无定形碳的纳米石墨粉W4有更好的阻抗匹配特性,AM4样品在C波段可达到最大反射损失为-40 dB。     

浸渍-热聚合法制备g-C_3N_4/高岭土复合材料及其性能

以高岭土为载体、双氰胺为g-C_3N_4前驱体,采用液相浸渍联合热聚合工艺制备出一种可见光响应的高岭土基复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、静态氮吸附仪(BET)、场发射扫描电镜(FESEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等手段对复合材料的晶相、孔结构、界面特性和光学性能进行了表征,并以罗丹明B作为目标污染物考察了不同催化剂的可见光光催化活性。结果表明,当高岭土和双氰胺的质量配比为2∶4,即g-C_3N_4的实际负载量为38.82%时,所制备的g-C_3N_4/高岭土复合材料光催化性较优,其光催化速率是纯g-C_3N_4的4.18倍;高岭石与g-C_3N_4紧密结合,该复合结构能够有效地抑制光生载流子的复合,改善纯g-C_3N_4材料的吸附性能与光催化活性。     

热聚合法制备ZnO/g-C_3N_4复合光催化剂及其光催化性能研究

以尿素、乙酸锌为前驱体,采用热聚合方法制备ZnO/g-C_3N_4复合光催化剂。通过X射线衍射、扫描电镜、红外光谱、紫外-可见光光谱及X射线电子能谱,对样品的晶体结构、形貌及光学性质进行表征。以紫外灯为光源,以酸性红(AR)为废水降解模型考察复合材料的光催化活性。结果表明:制得的复合光催化剂光催化性能要好于纯g-C_3N_4,且当ZnO∶g-C_3N_4=0.5∶1(摩尔比)时,光催化活性最高。复合后的光催化剂对反应底物有更强的吸附能力,能更有效地抑制电子-空穴的复合。进一步对AR的降解机理进行了探讨,发现超氧根自由基(O-·2)是使AR有效降解的活性物种。     

g-C_3N_4/MnO_2复合光催化剂的制备及可见光下降解四环素性能

通过原位生长法制备了g-C_3N_4/MnO_2复合光催化剂,利用XRD,FTIR和UV-vis DRS等方法表征材料的结构和光学性质,并考察在可见光照射下降解四环素的性能。结果表明,MnO_2的引入增强了g-C_3N_4对可见光的吸收;g-C_3N_4/MnO_2复合材料的光催化活性较单体得到提升,在可见光照射90 min内对TC降解率可达77.1%,经过5次循环实验后,对TC的降解率仅下降4%,复合材料具有良好的稳定性;机理研究表明,·O~(2-)是反应体系中的主要活性物质,g-C_3N_4与MnO_2之间形成了Z型异质结,促进了光生电子-空穴的转移,提高了光催化活性。     

新型沥青基高比表面积活性炭的制备及性能

以松香改性煤沥青热处理产物为原料,通过KOH活化法制备高比表面积活性炭。采用偏光显微镜和XRD对松香改性煤沥青热处理产物进行表征,采用氮物理吸附仪对所制备活性炭的孔结构参数进行分析,并对其吸附性能进行研究。研究表明:松香改性煤沥青热处理产物不仅含有大量的中间相炭微球而且具有更高的结构有序度。另外,这种热处理产物在活化过程中能产生更多的孔隙结构。当松香添加量为煤沥青的5%(wt,质量分数)时,所制备的活性炭具有最高的比表面积、中孔含量和最佳的吸附性能。     

g-C_3N_4-CdS异质结的合成及其光催化性能研究

以尿素为前驱体,550℃热聚合反应5 h,制备了块状g-C_3N_4。然后将块状g-C_3N_4超声剥离得到片状g-C_3N_4,在g-C_3N_4纳米片上原位生长Cd S(直径约130 nm),从而制备了g-C_3N_4-Cd S异质结。g-C_3N_4-Cd S异质结的吸收边约505 nm处,与g-C_3N_4(约460 nm)相比具有明显的红移,可吸收更多的可见光。此外,g-C_3N_4-Cd S异质结可降解99%的罗丹明B,具有较高的光催化活性。     

g-C_3N_4/TiO_2复合纳米材料的制备及其光催化性能分析

以工业偏钛酸为钛前驱体,三聚氰胺为氮源,制备了g-C3N4/TiO2复合光催化剂;用X射线衍射(XRD)能谱、X射线光电子(XPS)能谱、傅里叶红外变换光谱(FT-IR)及热重和差示扫描量热分析(TGDSC)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收(UVVis)光谱、三维荧光(FS)光谱、物理吸附仪(BET)等对催化剂进行了表征。可见光催化实验表明,三聚氰胺与工业偏钛酸质量比为1,500℃煅烧制得的g-C3N4/TiO2复合催化剂对亚甲基蓝表现出最佳的光催化活性,300min内对10mg/L亚甲基蓝溶液的降解率达到83%。     

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。     

高比表面积生物质活性炭的制备及其电化学性能研究

以核桃壳为生物质原料,KOH作为活化剂,在不同温度下(700,800,900℃),制备了低成本、高比表面积的核桃壳基生物质活性炭。通过SEM研究了活性炭的表面形貌;利用XRD、Raman研究了活性炭的石墨化程度;通过N2吸附/解吸附研究了活性炭的孔径结构,实验结果表明,在800℃下制备的活性炭AC-3-800,比表面积高达2 149m~2/g,平均孔径在1.93nm。超级电容器在0.5A/g电流密度下,比电容高达215F/g,并且表现出良好的循环稳定性,说明核桃壳基活性炭是一种良好的超级电容器电极材料。