Synthesis of BaWO<Subscript>4</Subscript>/NRGO–g-C<Subscript>3</Subscript>N<Subscript>4</Subscript> nanocomposites with excellent multifunctional catalytic performance via microwave approach

Novel barium tungstate/nitrogen-doped reduced graphene oxide-graphitic carbon nitride (BaWO₄/NRGO-g-C₃N₄) nanocomposite has been synthesized by a simple one-pot microwave technique. The synthesized nanocomposites are well characterized by diffraction, microscopic and spectroscopic techniques to study its crystal structure, elemental composition, morphological features and optical properties. The material prepared is tested for its performance as an electrocatalyst, photocatalyst and reduction catalyst. The nanocomposite catalyzed the photodegradation of methylene blue (MB) dye in 120 min, reduction of 4-nitro phenol (4-NP) to 4-amino phenol (4-AP) in 60 s, showed an impressive Tafel slope of 62 mV/dec for hydrogen evolution reaction (HER). The observed results suggest that the nanocomposite acts as an efficient multifunctional catalyst. The reported approach provides fundamental insights which can be extended to other metal tungstate-based ternary composites for applications in the field of clean energy and environment in the future.     

g-C3N4及改性g-C3N4的光催化研究进展

聚合型半导体材料g-C3N4因其优异的物理性能和光电性能成为当今研究的热门材料。本文从结构分析和理论计算角度讨论了g-C3N4能够作为无金属催化剂的原因,综述了介孔g-C3N4、无机元素掺杂g-C3N4、金属负载g-C3N4、g-C3N4/金属氧化物复合物和有机改性g-C3N4等不同改性g-C3N4的制备和性质,着重分析了他们催化光解水析氢反应的机理、影响因素及研究进展,并阐述了今后的研究方向。     

MOFs/g-C3N4复合光催化剂的研究进展

金属-有机框架材料(MOFs)和石墨相氮化碳(g-C₃N₄)在产氢、CO₂还原、Cr还原以及有机污染物降解方面表现出优异的光催化性能。将MOFs和g-C₃N₄结合构建二元或三元异质结,可以克服两种材料各自的缺点,进一步提高其材料在可见光或太阳光照射下的光催化性能。重点介绍了几种典型MOFs/g-C₃N₄复合材料的制备方法及其光催化性能,并展望了该研究领域发展前景和面临的挑战。     

WO3/g-C3N4复合光催化剂制备及其可见光催化性能

将自制层状石墨相氮化碳(g-C₃N₄)和WO₃纳米片均匀混合,经煅烧制备WO₃/g-C₃N₄复合半导体。利用XRD、SEM、TEM、UV-Vis DRS和PL对其进行表征。结果表明,g-C₃N₄呈现类石墨烯状片层结构,WO₃为纳米片状结构,且分散在g-C₃N₄表面;与WO₃复合后,UV-Vis吸收边发生了红移,拓宽了g-C₃N₄对可见光的响应。以罗丹明B(RhB)为模拟污染物,考察WO₃/g-C₃N₄的光催化降解性能。WO₃/g-C₃N₄质量比为1∶5时,表现出最佳的光催化活性,可见光照60 min后,RhB降解率可达到94.9%。光催化剂具有良好的稳定性,重复使用6次后,RhB的降解率依然达到88.9%。光催化机制研究表明,超氧自由基(·O₂?)是光催化降解RhB的主要活性物种。      

g-C3N4的微观调控在环境治理中的应用

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种无金属光催化剂,具有环境友好、良好的热稳定性和化学稳定性,以及优异的光电化学性质等优点。但另一方面,其比表面积低、活性位点少、光生电子-空穴对复合速度快等缺陷限制了其光催化应用。综述了g-C₃N₄的改性方法,包括微观纳米化增强响应速度及增加活性位点,复合半导体增加载流子传输速率,构筑异质结提升电子-空穴分离效率等。经改性处理后,g-C₃N₄降解污染物的效率大大增加。     

Emulsion synthesis of CL-20/DNA composite with excellent superfine spherical improved sensitivity performance via a combined ultrasonic–microwave irradiation approach

An advanced emulsion method was developed via combined ultrasound-microwave irradiation and utilized for the crystallization of 2,4,6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaazaisowurtzitane (CL-20) and 2,4-dinitroaniline (DNA) spherical composite, which had been successfully fabricated with molar ratio of 1:1, The morphology and structure of the products were fully characterized using field emission scanning electron microscopy, powder X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy. The thermal stability of micro structure was closely investigated via differential scanning calorimetry, and sensitivity performance was tested. The results suggested that the surface of particle was glazed while particle with narrow size distribution were produced. Remarkably, the drop height of 50% explosion probability data showed insensitivity compared to the previously reported energetic composites, which data was up to 57.8 cm. Besides, some experimental conditions including the amount of surfactant gelatin (0–1.2 wt% of accounting for the mass of CL-20) and standing time were examined. It was found that the greater the concentration of surfactant, the more conducive to the formation of emulsion, and standing time had a dramatically significant effect on the particle size. Summarily, the present process involving an initial powder made it possible to obtain micro spherical composite with ideal impact sensitivity, compared to those produced by conventional methods.     

可磁分离Fe3O4/g-C3N4复合材料的制备及其性能

为了利用Fe₃O₄的磁响应性及石墨相C₃N₄（g-C₃N₄）优良的光催化活性,首先采用高温热聚合法,以尿素为前驱体制备g-C₃N₄,然后采用水热法合成了可磁分离Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料。利用TEM、XRD、TGA、BET和振动样品磁强计（VSM）等多种测试手段表征分析Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料的形貌、晶型结构、比表面积、成分、饱和磁化强度等。通过模拟太阳光下Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料光催化吸附降解亚甲基蓝（MB）的实验,评价了Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料的吸附性能及光催化性能。结果表明,可磁分离Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料具有较大的比表面积,约为71.89 m²/g;且具有较好的磁性,饱和磁化强度为18.79 emu/g,可实现复合材料的分离回收;光照240 min时,Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料对MB的去除率为56.54%。所制备的Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料具有优良的吸附性能、光催化活性和磁性,并可通过外加磁场进行分离与回收。     

g-C3N4/POPs异质结制备及其可见光催化性能

光催化技术是一种极具应用前景的环境修复技术,开发高效、稳定、具有可见光响应的光催化剂是其研究的重点之一。本文采用常压溶剂热法,以1, 3, 5-三(4-氨基苯基)苯(TAPB)和2, 5-二甲氧基苯-1, 4二甲醛(DMTP)为单体合成的共轭多孔有机聚合物TAPB-DMTP POP为基底,原位负载不同比例的g-C₃N₄,制备g-C₃N₄/POPs复合光催化剂。通过XRD、FTIR、BET、TGA、UV-Vis DRS、电流-时间(i-t)和EIS等测试方法表征了g-C₃N₄/POPs的化学结构与光学特性。在可见光条件下,选择Cr(Ⅵ)为模型污染物探究了不同gC₃N₄负载量的g-C₃N₄/POPs光催化还原效率,并对pH值、催化剂用量和底物浓度等影响因素进一步探究。结果表明：在pH=2条件下,g-C₃N₄/POP-2表现出了最佳...     

g-C3N4/BiOCl复合材料的制备及其光催化性能研究

高温缩聚法合成g-C₃N₄和水热法制备的BiOCl,在室温下通过简单的物理搅拌使片层状g-C₃N₄附着在菊花状的BiOCl上,控制g-C₃N₄的质量分数分别为5%、10%、15%、20%和25%,合成g-C₃N₄/BiOCl复合光催化剂。通过扫描电镜(SEM)、EDS能谱和BET比表面表征方法,揭示了g-C₃N₄/BiOCl复合光催化剂的微观结构;紫外-可见光(UV-Vis)结果显示g-C₃N₄/BiOCl可将光吸收范围延伸到可见光范围,其中BiOCl/CN-10具有更窄的禁带宽度;荧光光谱(PL)证实BiOCl/CN-10抑制光生载流子的复合能力最强;同时对g-C₃N₄/BiOCl降解染料废水罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)的光催化能力进行了评估,结果表明g-C...     

载银g-C3N4(Ⅰ)/g-C3N4(Ⅱ)同素异质结催化剂的制备及光催化固氮产氨性能

Ag作为助催化剂能够促进光电子的迁移,在光催化分解水制氢气、CO₂还原、重金属离子还原等反应中应用颇多,然而,到目前为止未见将Ag单质作为助催化剂用于光催化固氮产氨反应的报道。本工作制备了负载单质Ag的g-C₃N₄(Ⅰ)/g-C₃N₄(Ⅱ)同素异质结催化剂,并考察了其光催化固氮产氨的性能。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、荧光光谱(PL)、电化学阻抗谱(EIS)、光电流分析等手段对制备的催化剂进行了表征。结果表明,Ag以单质态存在于催化剂表面。所担载的Ag的等离子体效应一方面促进了催化剂对可见光的吸收,使反应体系能产生更多的光生电子-空穴对;另一方面使得光生电子能够在g-C₃N₄与Ag单质间迁移,提高了催化剂的电子-空穴分离效率。负载Ag后g-C₃N₄(Ⅰ)/g-C₃N₄(Ⅱ)同素异质结催化剂的铵离子产生速率为1.36 mg·L-1·h-1·g-1_cat,相比未负载Ag时(0.59 mg·L-1·h-1·g-1_cat)大幅提高,与Pt负载催化剂相当,并且是由单纯三聚氰胺和尿素制备的g-C₃N₄的4.9倍和3.4倍。除固氮反应外,制备的载银g-C₃N₄(Ⅰ)/g-C₃N₄(Ⅱ)同素异质结催化剂在光催化还原氧气制取双氧水的反应中也表现出优良的催化性能。     

盐酸活化对石墨相氮化碳(g-C3N4)结构和g-C3N4/S锂硫电池正极复合材料性能的影响

以三聚氰胺为原料制备石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,加入盐酸进行水热处理得到酸活化的g-C₃N₄。研究了盐酸活化对g-C₃N₄结构、形貌及锂硫电池g-C₃N₄/S正极复合材料电化学性能的影响。实验结果表明:盐酸活化处理后,g-C₃N₄的层间距变化不显著。随着盐酸浓度增大,g-C₃N₄比表面积先增大后减小,当盐酸浓度为2.5wt%时,比表面积最大为86.1 m2·g-1,与未处理g-C₃N₄的13 m2·g-1相比提高了5~6倍;盐酸活化g-C₃N₄/S正极复合材料的比容量和循环性能也呈现先增大后减小的趋势,当盐酸浓度为2.5wt%时,比容量和循环性能最好,比容量为1 538 mAh·g-1,循环50次后容量保持率为77.8%,电化学性能与比表面积呈强相关性。      

g-C3N4改性PVDF-CTFE混合基质超滤膜的制备与性能

以聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯(PVDF-CTFE)为成膜聚合物,二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为致孔剂,自制的光催化剂石墨氮化碳(g-C₃N₄)为催化改性颗粒,采用非溶剂相转换(NIPS)法成功制备了PVDF-CTFE/g-C₃N₄混合基质膜.考察了不同改性粒子添加量对混合基质膜结构及性能的影响.结果表明,g-C₃N₄的添加使得PVDF-CTFE膜的亲水性能、通透性能、力学性能和超滤分离性能都有所增强,并展现出良好的抗污染能力.当g-C₃N₄添加量达到2%(质量分数)时,其通量恢复率超过80%,并保持纯水通量为309.3 L/(m²·h),BSA截留率为98.1%,拉伸断裂强度为3.8 MPa.此外,由于g-C₃N₄的添加,PVDF-CTFE/g-C₃N₄混合基质膜还能够通过光照催化降...     

Synthesis of ZnGa2O4 nanowires with β-Ga2O3 templates and its photoluminescence performance

This paper focuses on a new but much simple approach in synthesizing cubic spinel-structure ZnGa₂O₄ nanowires through the reaction of β-Ga₂O₃ nanowires templates and ZnO vapor at high temperature. Characterization has been achieved by means of X-ray diffraction, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The length of as-synthesized ZnGa₂O₄ nanowires is scaled over 10 μm and the diameter is 80 nm respectively. It has been noticed that the concentration of ZnO vapor plays an important role for synthesizing ZnGa₂O₄ nanowires. And with different concentration of ZnO vapor, the very nanowires could be compounded in the form of β-Ga₂O₃:ZnGa₂O₄, ZnGa₂O₄ and ZnO:ZnGa₂O₄. The corresponding photoluminescence emission bands centered at 460 nm, 405 nm and 381 nm have also been observed.     

g-C3N4-Ag/SiO2复合材料光催化降解甲醛的应用

将Ag、薄层石墨相氮化碳（g-C₃N₄）和硅铝胶球（SiO₂）通过液相超声剥离-光化学沉积法-浸渍法合成复合光催化材料。设计甲醛降解密闭实验舱,探究g-C₃N₄、Ag-g-C₃N₄和g-C₃N₄-Ag/SiO₂材料的光催化特性及其对甲醛的降解效果。结果表明,在可见光源条件下,对于g-C₃N₄-Ag/SiO₂材料,降解甲醛的效率最高可达到65.6%。40%的相对湿度可有效提升降解效果。负载30 mg 4%Ag/g-C₃N₄的硅铝胶球循环使用16次时,甲醛降解效率仅下降9.71%。结合材料表征结果表明,通过超声剥离和Ag的引入,提升了材料可见光的吸收强度和吸收范围,并且有效促进了光生电子和空穴的分离,有效提升甲醛分子的降解效率。研究结果表明g-C₃     

WS2/g-C3N4异质结光催化分解水制氢性能及机制

通过溶剂蒸发和二次高温煅烧石墨相碳化氮(g-C₃N₄)纳米片和WS₂纳米片混合物构建WS₂/g-C₃N₄异质结,该异质结保留g-C₃N₄和WS₂主体结构的同时,在界面处形成化学键,确保该异质结的化学稳定性和热稳定性。光催化分解水制氢实验表明,WS₂纳米片含量为3wt%时光催化制氢速率高达68.62 μmol/h,分别是g-C₃N₄纳米片和WS₂纳米片的2.53倍和15.29倍,表明异质结的构建可大幅提升g-C₃N₄的光催化性能,循环实验表明该异质结在5次循环实验后光催化性能没有明显下降,表明该异质结的稳定性较好。光电性能测试表明异质结的构建不仅提高激发电子的转移效率,同时抑制激发电子空穴的复合率,大幅提升激发电子的利用效率,致使光催化分解水制氢速率较g-C₃N₄纳米片和WS₂纳米片大幅提升。      

模板法合成g-C3N4基复合材料及其光催化性能的研究进展

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种新型非金属高聚物半导体,具有易于合成、无毒无害、耐酸碱腐蚀、环境亲和性好等性质。独特的层状结构赋予了其较高的比表面积,适中的禁带宽度给予了其较好的光催化性能,使得其在光催化领域受到了广泛的关注。然而,纯相g-C₃N₄存在着比表面积小、活性位点不足、载流子复合过快和氧化还原能力偏弱等缺点,制约了其光催化领域的有效应用。研究表明,使用模板诱导工艺对g-C₃N₄进行结构调控可以有效解决上述问题。综述了目前常用于制备石墨相氮化碳的模板法(即硬模板法、软模板法和生物模板法),扩展讨论了多相复合工艺的进展情况,并归纳总结了g-C₃N₄基材料在光催化降解、CO₂转化和制氢等方面的应用情况。     

石墨烯材料/g-C3N4复合光催化剂的构建及光催化性能研究

以石墨相氮化碳(g-C₃N₄)为研究对象,针对其作为光催化剂时存在比表面积小和可见光利用率低等问题进行研究。采用超声辅助合成法,将氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(rGO)分别与g-C₃N₄按一定比例进行复合,通过XRD、SEM、FT-IR、XPS、UV-Vis等表征方法对复合材料进行表征和分析,研究了其在模拟太阳光下对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能和降解动力学。实验结果表明,所得GO/CN、rGO/CN复合光催化剂均具有与g-C₃N₄具有相同的相结构和更加疏松多孔的形貌,且石墨烯材料的复合可以提高g-C₃N₄的可见光吸收能力,并使其禁带宽度减小。由可见光光催化性能分析得出,rGO/CN2具有更强的吸附能力,30min时对RhB的吸附率高达64.79%,为同等条件下g-C₃N₄的5.2倍,GO/CN1.5表现出优异的光催化活性,其催化反应速率常数为9.108×10...     

Cu-ZnO/g-C3N4复合材料可见光催化降解环丙沙星效率及机理研究

针对抗生素类新型污染物在水环境中的污染现状及治理问题,本研究制备了Cu掺杂ZnO耦合g-C₃N₄的复合材料(Cu-ZnO/g-C₃N₄),并考察其在可见光下催化降解抗生素环丙沙星(CIP)的反应效率。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱(PL)和电子自旋顺磁共振(ESR)等分析手段对合成材料进行了表征,借助羟基自由基(·OH)测量技术量化了不同材料反应体系中·OH生成浓度的变化,进一步探究可能的光催化反应机理。结果表明,Cu-ZnO/g-C₃N₄复合材料在其异质结效应下具有极佳的可见光响应和增强的电荷转移性能,反应6 h后对CIP的去除效率高达97%,反应速率常数分别是ZnO、Cu-ZnO、g-C₃N₄的6.19倍、2.41倍和2.06倍,Cu-ZnO/g-C₃N₄...     

Co3O4负载rGO/g-C3N4臭氧光催化降解2,4-二氯苯氧乙酸活性研究

通过简单的水热法制备了Co₃O₄/rGO/g-C₃N₄催化剂,并在可见光照射下用于光催化臭氧氧化降解2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)。利用XRD, SEM, TEM, XPS, UV-vis DRS, FT-IR和瞬态光电流对样品进行测试表征。研究表明,Co₃O₄, rGO和g-C₃N₄形成异质结后光生电子-空穴(e^--h⁺)对的分离效率,e^-的迁移能力以及光催化臭氧氧化活性都明显提升。此外,0.5Co₃O₄/0.25rGO/GCN对2,4-D具有100%的去除率,并具有最高反应速率(k=0.070 9 min^-1)。经过计算得出光催化臭氧氧化2,4-D的协同因子为3.91,表明光催化和臭氧氧化间具有较好的协同效应。活性组分的捕获实验结果表明h⁺和·OH是光催...     

BNmf-Si3N4w/Si3N4复合材料的制备与性能

为制备一种介电性能和力学性能优异的高温透波材料,采用凝胶注模(GC)结合先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了BN_mf-Si₃N_4w/Si₃N₄复合材料。研究了浸渍裂解次数及BN_mf含量对复合材料的力学性能与介电性能的影响。结果表明：(1)随着PIP循环次数增加,复合材料的密度增大,气孔率降低,氮化硅基体逐渐形成三维网络结构包裹在复相微米增强体周围,复合材料力学性能提升;(2)当BN_mf含量从4vol%增加到12vol%时,弯曲强度从175.5 MPa降低到139.3 MPa,断裂韧性从2.36 MPa·m^1/2增加到2.73 MPa·m^1/2,介电常数从3.62下降到3.25,介电损耗角正切从0.012下降到0.007;(3) BN_mf-Si₃N_4w/Si₃N₄复合材料的强韧化机制主要...