Visible light-activated degradation of microcystin-LR by ultrathin g-C3N4 nanosheets-based heterojunction photocatalyst

Microcystins (MCs) is a harmful toxin generated by blue-green algae in water, which has seriously threatened the ecological safety of water and human body. It is urgent to develop new catalysts and techniques for the degradation of MCs. A feasible electrostatic self-assembly method was carried out to synthesize BiVO₄/g-C₃N₄ heterojunction photocatalyst with highly efficient photocatalytic ability, where BiVO₄ nanoplates with exposed {010} facets anchored to the g-C₃N₄ ultrathin nanosheets. The morphology and microstructure of the heterojunction photocatalysts were identified by XRD, SEM, TEM, XPS, and BET. The g-C₃N₄ nanosheets have huge surface area over 200 m²/g and abundant mesoporous ranging from 2-20 nm, which provides tremendous contact area for BiVO₄ nanoplates. Meanwhile, the introduction of BiVO₄ led to red-shift of the absorption spectrum of photocatalyst, which was characterized by UV-vis diffuse reflection spectroscopy (DRS). Compared with pure BiVO₄ and g-C₃N₄, the BiVO₄/g-C₃N₄ heterojunction shows a drastically enhanced photocatalytic activity in degradation of microcystin-LR (MC-LR) in water. The MC-LR could be removed within 15 minutes under the optimal ratio of BiVO₄/g-C₃N₄. The outstanding performance of the photocatalyst is attributed to synergetic effect of interface Z-scheme heterojunction and high active facets {010} of BiVO₄ nanoplates, which provides an efficient transfer pathway to separate photoinduced carriers meanwhile endows the photocatalysts with strong redox ability.     

片状g-C_3N_4可见光响应催化剂的热聚合法制备及光催化活性

以三聚氰胺为前驱体,通过热聚合法制得片状石墨相氮化碳g-C3N4,采用SEM,TEM,XRD和UV-Vis DRS分析了催化剂的组成、形貌和光吸收性能。以甲基橙为模拟污染物,研究了g-C3N4催化剂的可见光驱动催化活性。结果表明,所得g-C3N4为片状结构,多甲基橙具有较好的可见光催化降解活性。     

BiOBr/g-C3N4光催化剂的制备及其LED紫光光催化活性

以五水硝酸铋、溴化钾和三聚氰胺为原料,采用溶剂热法制备了摩尔比不同的BiOBr/g-C3N4复合光催化剂,并进行了XRD、SEM和DRS表征分析.以50 W LED紫光灯为光源,采用罗丹明B为目标降解物考察了制备样品的光催化性能.结果表明:摩尔比为1∶1的BiOBr/g-C3N4复合光催化剂的具有最优的光催化性能.机理实验结果表明:超氧自由基(O2·-)和空穴(h+)为BiOBr/g-C3N4复合光催化剂光催化过程最为主要的活性物种.     

g-C3N4/ZnO复合材料的制备、表征及可见光催化性能

以一步法原位合成了g-C3N4/ZnO异质结复合材料,评价其在可见光下降解亚甲基蓝（MB）的光催化活性,并探讨了g-C3N4/ZnO的光催化机制。运用XRD、FT-IR、SEM和UV-Vis DRS对所合成的复合材料进行表征。结果表明,经复合后g-C3N4和ZnO紧密结合,构建了异质结,提高了光生电子-空穴的分离效率,并且在可见光区表现出较强的光响应性;当g-C3N4的质量分数为19%时,复合材料降解MB的反应速率常数为0.0206min-1,是纯g-C3N4的3.8倍。催化剂重复使用5次,仍保持较高的催化活性。     

新型g-C3N4/CuS复合材料的制备及光催化研究

一步水热法合成CuS修饰的石墨相氮化碳(g-C3N4/CuS)复合光催化剂,通过FE-SEM、XRD、FTIR、UV-Vis-DRS等手段对其进行了表征,利用Cr(VI)溶液考察了g-C3N4/CuS在可见光下的光催化还原性能.实验结果表明,g-C3N4/CuS复合光催化剂的光催化活性明显优于单一的g-C3N4和CuS.可见光照射下,180 min内Cr(VI)的去除率可达70％以上.CuS的引入不仅扩宽了g-C3N4的可见光吸收范围,而且降低了g-C3N4光生电子和空穴的复合率,从而显著提高g-C3N4的光催化活性.该复合材料的催化活性受溶液的pH值影响较大,酸性条件下更有利于光催化反应的进行;共存低浓度腐殖酸对Cr(VI)的去除没有显著影响.g-C3N4/CuS具有良好的可见光催化活性,可用于废水中Cr(VI)的光催化还原去除.     

g-C_3N_4/BiVO_4复合光催化剂的制备与光催化性能研究

通过原位复合的方法制备不同配比的g-C3N4/BiVO4复合光催化剂,利用傅里叶红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)和N2吸附-脱附对所制备的材料进行表征。并通过光催化降解有机染料罗丹明B对其光催化活性进行测试。结果表明,部分g-C3N4附着在BiVO4表面,g-C3N4/BiVO4复合光催化剂比纯的BiVO4光催化效果要好,并且确定了最佳复合比例,同时对复合光催化剂性能提高的机理进行了讨论。     

g-C_3N_4/BiVO_4复合光催化剂的制备与光催化性能研究

通过原位复合的方法制备不同配比的g-C3N4/BiVO4复合光催化剂,利用傅里叶红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)和N2吸附-脱附对所制备的材料进行表征。并通过光催化降解有机染料罗丹明B对其光催化活性进行测试。结果表明,部分g-C3N4附着在BiVO4表面,g-C3N4/BiVO4复合光催化剂比纯的BiVO4光催化效果要好,并且确定了最佳复合比例,同时对复合光催化剂性能提高的机理进行了讨论。     

超薄氧掺杂g-C3N4纳米片的制备及其光催化性能

采用H2SO4与KMnO4为氧化剂,通过对热聚合法合成的原始石墨相氮化碳（g-C3N4）超声辅助氧化剥离,制备了超薄氧掺杂g-C3N4纳米片。基于HRTEM、XRD、AFM、XPS表征,考察了超声辅助氧化剥离对原始g-C3N4形貌、结构的影响;通过可见光催化降解刚果红分析了超薄氧掺杂g-C3N4纳米片的光催化性能;通过UV-vis-DRS、EIS、PL分析,探究了超薄氧掺杂g-C3N4纳米片光催化性能的增强机制。结果表明,对原始g-C3N4超声辅助氧化剥离6 h,可获得比表面积为58.45 cm2 g-1、厚度为1.08 nm的超薄氧掺杂g-C3N4纳米片;超薄氧掺杂g-C3N4纳米片（200 mg L-1）对刚果红（20 mg L-1）在120 min内可实现83%的降解,具有良好的光催化性能;与原始g-C3N4相比,超薄氧掺杂g-C3N4纳米片更有利于催化活性位点的暴露与光生载流子的分离传输,从而具有更好的光催化性能。     

二维石墨相氮化碳纳米片的制备及其光催化性能

利用水热反应法将三聚氰胺悬浊液在200℃下反应生成中间产物,中间产物经煅烧直接制成了二维石墨相氮化碳(g-C3N4)纳米片(WCN),并与本体g-C3N4(CN)、传统热氧剥离法得到的g-C3N4纳米片(OCN)进行了比较.采用SEM、XRD、FTIR、Raman、AFM、PL对样品进行了表征,探讨了其光电化学性能和光催化性能.结果表明,两种方法均实现了对CN的剥离,WCN和OCN与CN的晶体结构和组成相同,WCN和OCN比表面积分别是CN的3.6倍和3.1倍.光电化学分析显示,WCN具有更好的载流子迁移与分离效率,具有较好的光催化活性.可见光照射下,WCN对亚甲基蓝(MB)的光催化降解率达到82.0％,分别是OCN和CN的2.4倍和6.7倍,光催化降解过程符合一级动力学方程.WCN具有优良的稳定性和可重复利用性能.     

二维石墨相氮化碳纳米片的制备及其光催化性能

摘要：利用水热反应法,将三聚氰胺悬浊液在200 ℃下反应生成中间产物,然后煅烧中间产物直接制成了二维石墨相氮化碳g-C3N4纳米片（WCN）,并与本体g-C3N4(CN)、传统热氧剥离法得到的g-C3N4纳米片（OCN）进行了比较。采用SEM、XRD、FTIR、Raman、AFM、PL仪等对催化剂进行了表征,探讨了催化剂的光电化学性能和光催化性能。结果表明：两种方法均实现了对CN的剥离,WCN和OCN二维纳米片与CN 晶体结构和组成相同,WCN和OCN的比表面积分别是CN的4倍和3倍。光电化学分析显示WCN有更好的载流子的迁移与分离效率,具有较好的光催化活性。在可见光条件下,WCN对亚甲基蓝（MB）的光催化降解率达到82％,分别是OCN和CN的2.4 倍和6.7 倍,光催化降解过程符合一级动力学方程。WCN具有优良的稳定性和可重复利用性能。     

Cu3P and Ni2P co-modified g-C3N4 nanosheet with excellent photocatalytic H2 evolution activities

Copper-nickel phosphides/ graphite-like phase carbon nitride (Cu₃P-Ni₂P/g-C₃N₄) composites were obtained through a facile one-pot in situ solvothermal approach. The coexistence of Cu₃P and Ni₂P plays an important role in enhancing the catalytic activity of g-C₃N₄. The 7 wt% Cu₃P-Ni₂P/g-C₃N₄ bimetallic phosphide photocatalyst demonstrates the best photocatalytic hydrogen (H₂) evolution rate of 6529.8 μmol g⁻¹ h⁻¹, which is 80.7-fold higher than that of g-C₃N₄. The apparent quantum yield (AQE) was determined to be 18.5% at 400 nm over the 7% Cu₃P-Ni₂P/g-C₃N₄. This in situ growth strategy produced intimate contact interfaces, leading to a significantly promoted separation of charge carriers, and hence strengthened the photocatalytic H₂ production. Moreover, the coexistence of Cu₃P and Ni₂P reduced the overpotential of H₂ during the evolution process, further benefiting H₂ production. Finally, the photocatalytic enhancement mechanism was proposed and verified by fluorescence and electrochemical analysis. This work provides a low-cost strategy to synthesize nonprecious bimetallic phosphides/carbon nitride photocatalyst with outstanding H₂ production activity. © 2020 Society of Chemical Industry     

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。     

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%。     

Enhanced interfacial electronic transfer of BiVO4 coupled with 2D g-C3N4 for visible-light photocatalytic performance

A BiVO₄/2D g-C₃N₄ direct dual semiconductor photocatalytic system has been fabricated via electrostatic self-assembly method of BiVO₄ microparticle and g-C₃N₄ nanosheet. According to experimental measurements and first-principle calculations, the formation of built-in electric field and the opposite band bending around the interface region in BiVO₄/2D g-C₃N₄ as well as the intimate contact between BiVO₄ and 2D g-C₃N₄ will lead to high separation efficiency of charge carriers. More importantly, the intensity of bulid-in electric field is greatly enhanced due to the ultrathin nanosheet structure of 2D g-C₃N₄. As a result, BiVO₄/2D g-C₃N₄ exhibits excellent photocatalytic performance with the 93.0% Rhodamine B (RhB) removal after 40 min visible light irradiation, and the photocatalytic reaction rate is about 22.7 and 10.3 times as high as that of BiVO₄ and 2D g-C₃N₄, respectively. In addition, BiVO₄/2D g-C₃N₄ also displays enhanced photocatalytic performance in the degradation of tetracycline (TC). It is expected that this work may provide insights into the understanding the significant role of built-in electric field in heterostructure and fabricating highly efficient direct dual semiconductor systems.     

碳量子点修饰g-C3N4/SnO2复合材料光催化性能

以四氯化锡五水合物、乙二醇和氨水为原料,在微波辅助水热条件下快速合成氧化锡纳米颗粒,以尿素 为前体在马弗炉中退火得到g-C₃N₄,使用柠檬酸和乙二胺为原料水热合成碳量子点。室温下,将碳量子点/ g-C₃N₄/SnO₂在通风橱中进行搅拌得到碳量子点负载的氮化碳/氧化锡复合材料。通过透射电子显微镜（TEM）、 X射线衍射（XRD）、氮气吸附-解吸等温线（BET）、紫外-可见分光光度计（UV-vis）、电子自旋（顺磁）共振波谱仪（ESR）对复合材料的形貌、结构特征、吸光度和光催化过程中的活性物质等进行表征和分析,并通过在紫外光下降解罗丹明B（RhB）测试样品的光催化性能。试验结果表明,紫外-可见分光光谱吸收边缘的红移说明碳量子点负载后能提高复合材料在可见光区域的响应,光催化试验表明碳量子点负载能提高g-C₃N₄/SnO₂复合材料的光催化性能,当碳量子点负载量为7%时复合材料的降解效率最高,在3h内对RhB的降解效率为97%。此外,微波辅助水热法能在短时间内大量合成氧化锡纳米颗粒,且氧化锡纳米颗粒具有较小的晶粒尺寸（8.5nm）,可以高效制备并应用于环保领域。     

微波修饰g-C3N4处理罗丹明B模拟废水的研究

以三聚氰胺(C_3H_6N_6)为前驱体,通过高温煅烧制备了g-C_3N_4光催化剂,并用微波辐射法制备了改性g-C_3N_4,用XRD、FT-IR、UV-Vis及PL等对催化剂结构进行了表征。结果表明,微波改性样品光催化活性显著提高,微波辐射7min的催化剂对20mg/L的罗丹明B在可见光下催化降解2h,降解率达到97.03%。