类石墨相C_3N_4光催化剂的制备及改性研究进展

类石墨相氮化碳(g-C_3N_4)半导体材料因具有热稳定性好、价廉、能带结构易于调控和较高的太阳能转化率等特性而在光催化领域具有广泛的应用前景,其制备和性能的研究引起了国内外学者的广泛关注。本文介绍了C_3N_4的制备技术及其光催化应用领域,综述了g-C_3N_4光催化性能的增强改性研究进展,包括物理复合改性、化学掺杂和形貌调控等改性研究进展,对g-C_3N_4光催化的发展趋势进行了展望。     

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。     

石墨相氮化碳与半导体光催化剂复合研究进展

叙述了近年来国内外石墨相氮化碳(g-C_3N_4)与半导体复合光催化剂的制备方法、提高其光催化活性途径及常见复合催化剂的研究进展,以进一步揭示在半导体光催化剂复合研究中所面临的主要难题及今后改进措施,认为应继续采用多种手段共同改性g-C_3N_4光催化剂,以便提高其光催化高效性及稳定性;研究其它不同修饰剂对g-C_3N_4的光吸收和光催化协同效应机理、光生电子与空穴在修饰条件下发生分离的物理机制;进一步探索g-C_3N_4光催化全解水反应机制,为g-C_3N_4在处理水中污染物、治理空气污染物、光解水制氢等领域提供更多的应用前景。     

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。     

改性g-C_3N_4在光催化领域的研究进展

介绍了石墨相氮化碳(g-C_3N_4)的电子性质、能带结构以及光学性质,讨论了各种提高g-C_3N_4活性的重要方法、机理及其优缺点,主要有掺杂改性、表面形貌改性、半导体复合改性等手段,简述了目前g-C_3N_4存在比表面积小、载流体复合率高、电子传递速度低等问题,并对g-C_3N_4的未来发展趋势进行了展望。     

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基光催化剂改性的研究进展

针对石墨相氮化碳(g-C_3N_4)比表面积小、光生载流子复合过快和可见光利用效率低等缺点,系统阐述了g-C_3N_4的改性和优化方法,包括设计g-C_3N_4零维、一维、二维结构,金属掺杂、非金属掺杂,目的是增大比表面积、加快光生电子-空穴对的分离、拓宽对可见光的响应范围;同时讨论了相应的改性方法对光催化性能的影响,从而达到增强光催化性能的目的;最后总结了g-C_3N_4材料目前存在的问题,并对今后的研究重点和方向提出了展望。     

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。     

纤维负载g-C3 N4复合光催化剂的合成及其光催化性能研究

以三聚氰胺为原料合成了质子化g-C_3N_4,并将其沉积到改性芳纶纤维上,对复合催化剂进行SEM、XRD、FT-IR等表征,结果表明质子化g-C_3N_4成功负载到改性纤维表面。光催化降解亚甲基蓝实验结果表明,75 min内可以将亚甲基蓝降解完全,具有较好的光催化性能。重复性实验表明g-C_3N_4/芳纶催化剂具有很好的稳定性和循环性。     

g-C_3N_4光催化纳米材料的改性研究进展

类石墨相氮化碳(g-C_3N_4)分子结构独特,禁带宽度(2.7 e V)较窄,可吸收可见光,是一种很有潜力的光催化纳米材料。本文介绍了g-C_3N_4光催化剂的性能改进方法:结构改性、元素掺杂改性、半导体耦合改性和染料敏化改性,并简单预测其发展趋势。     

玉米秸秆粉水热炭化制备碳量子点及其光催化性能研究

以玉米秸秆粉为碳源,采用水热法制备了荧光碳量子点(CQDs),采用TEM、FT-IR、紫外分光光度计和荧光分光光度计对CQDs的粒径分布、结构特征及光学性质进行了分析。将CQDs与g-C_3N_4复合,对CQDs/g-C_3N_4复合材料的光催化性能进行了初探。实验结果表明:单一的CQDs和g-C_3N_4均有较好的光催化活性,当CQDs复合适量的g-C_3N_4时,光催化性能进一步增强。当CQDs/g-C_3N_4复合材料中加入60mL CQDs溶液,用量为0.04g,光催化降解亚甲基蓝的效果最佳,120min时亚甲基蓝基本降解完全。     

超声调控Ag/g-C_3N_4复合材料及光催化性能研究

通过固相加热制备g-C_3N_4,超声调控获得片层状g-C_3N_4,光照Ag NO3与g-C_3N_4成功制备了Ag/gC_3N_4复合光催化材料。利用X射线衍射仪(XRD)以及扫描电子显微镜(SEM)分析产物的物相和形貌,采用紫外-可见吸收光谱表征样品的光学性能。以罗丹明B为模拟污染物,评价超声样品Ag/g-C_3N_4的可见光(λ≥420nm)催化性能。实验结果表明,与纯g-C_3N_4相比,超声的Ag/g-C_3N_4复合光催化材料在可见光下降解罗丹明B的光催化活性最好。分析表明Ag与g-C_3N_4的协同作用抑制光生电子-空穴的复合是可见光催化活性增强的主要原因。     

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。     

Fe~(3+)/g-C_3N_4光催化水制氢研究

g-C_3N_4是较为理想的非金属光催化剂之一,但其存在光生电子-空穴复合严重、光催化效率低下等缺点,严重影响了g-C_3N_4在光催化和能源领域内的应用,对其改性,提高光催化效率,就变得尤为迫切。通过高温法将混有Fe~(3+)的g-C_3N_4再次热处理制备Fe~(3+)/g-C_3N_4,并采用X射线衍射分析、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱等对其进行了表征,并以Fe~(3+)/g-C_3N_4为催化剂光解水制氢。结果发现,该法成功制取了Fe~(3+)/g-C_3N_4,其产氢效率较g-C_3N_4提高2倍,达到158.1μmol/(g·h),说明Fe~(3+)掺杂g-C_3N_4能有效地提高氮化碳光催化制氢能力,具有潜在的应用价值。     

g-C_3N_4/TiO_2复合光催化材料制备及研究进展

概述了g-C_3N_4/TiO_2复合材料的制备方法,给出了g-C_3N_4的晶体结构和分子结构,介绍了g-C_3N_4/TiO_2为基的三种类型催化剂的可见光催化机理,总结了g-C_3N_4/TiO_2复合光催化材料的应用。     

g-C_3N_4/TiO_2复合光催化材料制备及研究进展

概述了g-C_3N_4/TiO_2复合材料的制备方法,给出了g-C_3N_4的晶体结构和分子结构,介绍了g-C_3N_4/TiO_2为基的三种类型催化剂的可见光催化机理,总结了g-C_3N_4/TiO_2复合光催化材料的应用。     

质子化氮化碳的制备及其复合材料的光催化性能

分别采用硫酸、盐酸和硝酸对尿素热解得到的体相块状石墨相氮化碳(g-C_3N_4)进行质子化改性,超声剥离得到氮化碳纳米片,考察3种质子化氮化碳纳米片对亚甲基蓝染料的光催化降解性能,利用XRD、FT-IR、SEM、BET、UV-DRS、UV-VIS等对其结构、形貌、比表面积、禁带宽度进行分析。结果表明,硫酸改性后的g-C_3N_4比表面积最大(60. 9 m~2·g~(-1)),亚甲基蓝降解效果最好,降解率为46. 7%,相比于体相块状g-C_3N_4的29. 2%提高了17. 5个百分点。以硫酸质子化改性的g-C_3N_4为前驱体,采用搅拌法制备得到质子化g-C_3N_4/石墨烯复合材料,其光催化降解亚甲基蓝的降解率为81. 7%,较硫酸质子化g-C_3N_4提高了35. 0个百分点。     

g-C_3N_4/TiO_2光催化复合材料光催化活性提升路径研究

由于g-C_3N_4存在着表面积小、光生载流子复合严重等问题,限制了光催化材料的光催化活性,故以g-C_3N_4/TiO_2光催化复合材料为实验对象,提出g-C_3N_4/TiO_2光催化复合材料光催化活性提升路径研究。选取适当的实验试剂与仪器,并对试剂进行一定的处理,制备g-C_3N_4纳米片、TiO_2纳米片与g-C_3N_4/TiO_2光催化复合材料,设置水分解实验步骤。在不同三聚氰胺/TiO_2质量比、高温煅烧温度与高温煅烧时间条件下,制备g-C_3N_4/TiO_2光催化复合材料,并进行水分解实验。结果表明,当制备条件为三聚氰胺/TiO_2质量比为4∶1,高温煅烧温度为550℃,高温煅烧时间为5 h时,g-C_3N_4/TiO_2光催化复合材料水分解氢气量最大,即光催化活性最佳。     

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-)。     

ZnO/g-C_3N_4的制备及其光催化性能研究

以六水硝酸锌、2-甲基咪唑为原料制备氧化锌,分别与尿素、硫脲复合,高温聚合制备ZnO/g-C_3N_4复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(IR)、X射线衍射仪(XRD)对试样进行表征,并对所得试样进行光催化性能测试。光催化测试结果表明,ZnO/g-C_3N_4复合材料比ZnO的光催化性能好,两种不同原料制备的ZnO/g-C_3N_4复合材料催化性能相比,以尿素为原料制备的ZnO/g-C_3N_4复合材料的光催化性能最佳。