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。     

g-C_3N_4基复合纳米材料光催化性能研究进展

g-C_3N_4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-C_3N_4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-C_3N_4的修饰改性工作,探究了g-C_3N_4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-C_3N_4基复合材料发展面临的问题,最后对g-C_3N_4基复合材料未来的发展提出了展望。     

g-C_3N_4-SnO_2复合材料的制备及可见光催化性能研究

文章中,采用两步法合成了g-C_3N_4-SnO_2复合物。首先,通过热缩聚三聚氰胺来合成g-C_3N_4,再利用水热法合成不同质量比的g-C_3N_4-SnO_2复合光催化剂。利用X射线衍射(XRD),红外光谱(FT-IR),场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)等手段对复合光催化剂进行表征。通过在可见光下检测降解亚甲基蓝(MB)水溶液来评估复合光催化剂的光催化活性。结果表明:复合光催化剂由SnO_2和g-C_3N_4组成,其在可见光区的吸收比纯SnO_2和g-C_3N_4有所提高。随着g-C_3N_4在复合物中含量的增多,光催化活性先增加后降低。其中g-C_3N_4含量为71.5%的复合物光催化活性最佳。其对MB的降解可达到34.4%。分别是纯g-C_3N_4和SnO_2的7.0和10.4倍。并且,通过对目标污染物亚甲基蓝的考察,研究了其光催化作用的机理。     

g-C_3N_4复合光催化剂

聚合物类石墨相氮化碳(g-C_3N_4)的独特结构赋予其优良的光催化性能,成为当今研究的热点。g-C_3N_4制备方法简单,原料便宜易得,可作为廉价、稳定、不含金属的可见光光催化剂被广泛应用于催化污染物分解、水解制氢制氧,有机合成及氧气还原。实际应用中,g-C_3N_4光生电荷难分离,科研工作者开发了多种改进方法。本文针对提高g-C_3N_4光催化活性,综述了国内外关于与Ti O2复合改性、与共轭结构石墨烯材料复合改性及等离子共振催化剂复合改性方面的重要研究进展。     

Bi_4Ti_3O_(12)/g-C_3N_4复合光催化剂的制备及其光催化性能研究

采用机械混合/热处理的方法制备了具有异质结结构的Bi_4Ti_3O_(12)/g-C_3N_4复合光催化剂,利用XRD、SEM及UVVis对所制备的复合光催化剂的结构与形貌进行了表征。结果表明,复合光催化剂中形成了异质结构,其禁带宽度减小,吸收带边红移,可见光吸收增加。以Rh B为目标污染物评价复合光催化剂的活性,考察了不同g-C_3N_4复合量对光催化剂反应活性的影响。结果表明,异质结型复合光催化剂的光催化活性明显优于单相Bi_4Ti_3O_(12);当g-C_3N_4的质量分数为20%时,其光催化性能最佳(90 min达92. 8%),其表观反应常数为单相Bi_4Ti_3O_(12)的4倍。复合光催化剂光催化活性提高的原因是Bi_4Ti_3O_(12)与g-C_3N_4之间形成了异质结,显著降低了光生电子和空穴的复合几率。外加捕获剂的实验结果表明,复合光催化剂的主要活性基团为空穴(h+)与超氧自由基(·O2-)。     

溶胶-凝胶法及焙烧处理制备g-C_3N_4/TiO_2复合光催化材料的可见光催化活性分析

利用溶胶凝胶法和焙烧处理的方式配置类石墨相氮化碳(g-C_3N_4),使其和TiO_2复合得出gC_3N_4/TiO_2复合光催化材料。对配置的符合光催化剂实现测试,将亚甲基蓝MB作为模拟污染物,分析gC_3N_4/TiO_2的可见光催化活性。结果表示,g-C_3N_4/TiO_2吸收波长朝着可见光区域移动。在g-C_3N_4和TiO_2复合质量比为4∶1的时候,得到的g-C_3N_4/TiO_2复合光催化剂具有良好的催化活性,对于MB可见光催化活性为g-C_3N_4的2.74倍。     

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。     

基于g-C_3N_4的光催化剂系统在水净化方面的研究进展

根据基于g-C_3N_4的不同异质结构建来改善其对永久性有机污染物的光催化降解性能,其中,石墨碳氮化物(g-C_3N_4)由于其高度的化学稳定性、低成本和合适的电子结构以及较弱的能隙(～2.7 eV)一直以来是科研工作者们关注的热点之一,总结归纳了基于g-C_3N_4的不同的光催化剂,如二元杂化纳米复合材料、复合杂化纳米复合材料。并简要讨论了基于g-C_3N_4的光催化的基本原理,最后总结了基于g-C_3N_4的光催化剂系统在水净化方面未来的观点。到目前为止,需要设计和合成一种在可见光驱动下具有意想不到性能的g-C_3N_4基光催化系统用于废水处理。     

Cu~(2+)掺杂g-C_3N_4光催化降解甲基橙研究

g-C_3N_4是很有前景的非金属光催化剂之一,但其存在光生电子-空穴复合较严重、光催化效率较低等缺点,严重影响了g-C_3N_4在光催化领域内的应用,对其改性,提高光催化效率,就变得尤为迫切。利用微波合成法将Cu~(2+)掺杂于g-C_3N_4中制备Cu~(2+)/g-C_3N_4,并采用X射线衍射分析、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、红外光谱、比表面吸附等对其进行了表征,并选用偶氮染料甲基橙为目标污染物来衡量Cu~(2+)/g-C_3N_4降解有机污染物的能力。结果发现,微波合成法成功将Cu~(2+)掺杂于g-C_3N_4中,用Cu~(2+)/g-C_3N_4做光催化剂经过6h反应后,对MO降解率提高14%,达到86%,说明Cu~(2+)掺杂g-C_3N_4确实能提高氮化碳降解有机污染物的能力,具有潜在的应用价值。     

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。     

g-C3N4/TiO2复合光催化剂的制备及其可见光催化性能

采用高温煅烧法制备了类石墨相氮化碳(g-C_3N_4),将其与TiO_2(P25)复合得到g-C_3N_4/TiO_2复合光催化剂。采用XRD、FT-IR、UV-Vis/DRS、SEM等方法对制备的复合光催化剂进行了表征,并以亚甲基蓝(MB)为模拟污染物,考察了g-C_3N_4/TiO_2的可见光催化活性。结果表明:通过复合,g-C_3N_4/TiO_2的吸收波长向可见光区域移动;当gC_3N_4与TiO_2复合质量比为4∶1时,所得到的g-C_3N_4/TiO_2(4∶1)复合光催化剂的催化活性最佳,其对MB的可见光催化活性是g-C_3N_4的2.74倍。     

MoS_2/g-C_3N_4复合光催化剂催化降解H_2S的研究

采用热处理法合成了g-C_3N_4,通过光照沉积法将MoS_2原位沉积到g-C_3N_4表面的活性位点,制备了MoS_2/g-C_3N_4复合光催化剂,采用XRD、XPS和BET对MoS_2/g-C_3N_4复合光催化剂的结构进行了表征：MoS_2负载到g-C_3N_4表面,且未改变g-C_3N_4的晶体结构,同时具有较大的比表面积。考察了MoS_2负载量、光催化剂的用量及光源强度对光催化降解H_2S性能的影响,当氙灯的功率为300W、光催化剂的用量为20 mg以及MoS_2的负载量为3%时,MoS_2/g-C_3N_4光催化降解H_2S制取H_2的活性最高,产氢速率最高可达到3 205μmol/(h·g),是纯g-C_3N_4光催化反应产氢速率的3.1倍,且表现出较好的光催化稳定性。     

Ag2O/g-C3N4复合材料的制备及其光催化性能研究

采用水热合成法制备Ag_2O/g-C_3N_4复合光催化剂,通过XRD、SEM、EDS等手段对其进行表征,以亚甲基蓝模拟目标污染物,考察光催化剂种类、投加量和MB初始浓度对光催化活性的影响。结果表明,Ag_2O沉积到g-C_3N_4的表面并发生明显的团聚,但未改变其晶体结构;在可见光照射180 min后,当Ag_2O/g-C_3N_4复合材料投加量为1. 0 g/L,MB初始浓度为15 mg/L时,MB的降解率达到最高为95. 97%;光催化降解过程符合准一级反应动力学模型;通过不同染料废水的降解实验分析,Ag_2O/gC_3N_4复合光催化剂具有广泛的适用性。     

G-C_3N_4/CeO_2光催化剂的制备及其还原CO_2的性能研究

环境和能源问题是人类在21世纪面临的两个重大问题。利用有效的光催化剂将CO_2催化转化为碳氢燃料既有利于改善环境,又可以缓解能源问题。将类石墨相氮化碳(g-C_3N_4)与氧化铈(Ce O2)复合形成异质结复合材料作为光催化剂。利用XRD、TEM、FT-IR、DRS、光致发光等手段对制备的光催化剂进行表征,表征结果表明中空氧化铈纳米球分布在g-C_3N_4表面,引进氧化铈增强g-C_3N_4的光学性能;在可见光条件下进行光催化还原CO_2的实验,光催化结果表明,氧化铈的引进提高了g-C_3N_4的光催化效率。     

Cd Te-QDs/g-C_3N_4的合成及其高效可见光光催化产氢研究

CdTe量子点在可见光下具有优异的光催化制氢活性,将CdTe量子点修饰到石墨相氮化碳(g-C_3N_4)表面可以进一步提高其产氢活性。采用一步水热法合成了CdTe QDs/g-C_3N_4复合光催化剂,并用XRD、TEM、DRS、FT-IR和PL对其进行分析。在以CoCl_2为助催化剂和抗坏血酸(H_2A)为牺牲剂的条件下,得到的复合光催化剂在可见光照射下比纯CdTe QDs和gC_3N_4表现出更高的产氢活性。其中质量分数为20%CdTe QDs/g-C_3N_4的复合材料的H2生成量为4. 8 mmol,是纯CdTe QDs的2. 4倍。     

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%。     

石墨相氮化碳在光催化降解领域的研究进展

近些年,石墨相氮化碳(g-C_3N_4)在光催化降解领域扮演着越来越重要的角色,为水体中污染物的去除提供了可行的途径,作为非金属氮化物半导体催化剂,g-C_3N_4因具备低成本、环境友好、可见光响应、稳定性好等特点,因此受到广泛关注。综述了近4年g-C_3N_4在光催化降解污染物方面的最新研究进展,并对其发展趋势做出了简要总结。     

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-C3N4-Bi2WO6/沸石复合光催化材料的制备及氨氮降解研究

利用高温法制备g-C_3N_4,通过水热法分别制备g-C_3N_4-Bi_2WO_6光催化剂及沸石分子筛,以沸石分子筛为载体,利用简单研磨共混煅烧法制备g-C_3N_4-Bi_2WO_6/沸石复合光催化剂。通过SEM、XRD、BET对复合光催化剂的结构性质及物相组成进行表征,同时以40 mg/L氨氮为目标污染物,研究了复合催化剂吸附、光催化及循环稳定等性能并确定了使用的最佳投料比,最后对作用的活性物质进行分析。结果表明,对Bi_2WO_6进行掺杂及负载化改性后,比表面积及总孔容分别提高了217.1 m~2/g、0.497 cm~2/g,对氨氮吸附能力明显增强,达到7.92 mg/g;以千分之一投料,光照10 h,光催化可降解52.2%的氨氮,较改性前提高了35.8%,且在循环使用七次后,降解率仍为44%,具有良好的稳定性;降解中主要的活性物质为电子空穴(h+)与超氧自由基(·O_2~-)。     

g-C3N4同型异质结复合光催化剂的制备及性能研究

石墨相氮化碳(g-C_3N_4)由于其合适的带隙和较高的物理化学稳定性等,被认为是一种有应用前景的光催化材料。然而,纯相g-C_3N_4的光催化性能和应用受到光生电子空穴易复合和比表面积相对较低等原因的限制。本文使用两种合适的前驱体(三聚硫氰酸与硫脲)共聚合有望优化高温煅烧过程中的缩聚过程,抑制团聚的发生,提高比表面积,同时形成的同型异质结能有效抑制光生载流子的再复合。在可见光照射下,形成的g-C_3N_4同型异质结复合光催化剂的活性明显高于单一的g-C_3N_4样品。显著增强的光催化活性主要归因于比表面积增大、活性位点增多和光生载流子再复合的有效抑制。