Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4纳米复合材料的制备及可见光催化性能

近年来,半导体光催化技术作为一项快速发展的新型环保技术,在降解水体中污染物和可再生清洁能源的生产领域有很大的应用前景。本文以所制备出的20 wt%类石墨烯碳氮化合物(g-C₃N₄)/TiO₂为基质,利用水热法中纳米Ag颗粒部分氧化行为成功合成了Ag修饰异质结型Ag-Ag₂O/TiO₂-g-C₃N₄复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致荧光光谱(PL)、瞬态光电流响应等分析测试手段对Ag-Ag₂O/TiO₂-g-C₃N₄复合材料的晶体结构、形貌、光学性质等进行表征和分析。以亚甲基蓝溶液为目标降解物,研究了Ag-Ag₂O/TiO₂-g-C₃N₄复合材料的可见光催化性能。结果表明:在纳米Ag颗粒修饰的Ag-Ag₂O/TiO₂-g-C₃N₄复合材料中,Ag部分氧化成Ag₂O;与g-C₃N₄的协同作用使Ag-Ag₂O/TiO₂-g-C₃N₄复合催化剂具有良好的可见光催化活性;可见光照射4 h后,Ag-Ag₂O/TiO₂-g-C₃N₄复合催化剂对亚甲基蓝的降解率接近50%。      

AgBr/Ag2CrO4复合光催化剂的制备及其光催化性能

以硝酸银和铬酸钾为原料,采用简单的水热法制备Ag₂CrO₄,再通过沉淀法合成复合不同质量分数AgBr的AgBr/Ag₂CrO₄复合光催化剂,并对产物进行通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外漫反射仪(DRS)和荧光光谱分析仪(PL)等表征。结果表明：水热法所得Ag₂CrO₄为块状微米结构,粒径约为20μm;不同质量分数的AgBr复合Ag₂CrO₄后,粒径明显变小,约为1μm。以亚甲基蓝为目标分解物,考察了复合不同质量分数AgBr的AgBr/Ag₂CrO₄复合催化剂光催化性能,结果表明,复合光催化剂的催化性能更佳;在模拟自然光照下,0.10g复合质量分数为90%AgBr的AgBr/Ag₂CrO₄,降解亚甲基蓝溶液(100mL,10mg/L)10min后,降解率高达97.7%,是相同条件下商用TiO_2...     

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。     

液相直接沉淀法制备Ag3VO4及其可见光催化性能研究

以NH4VO3和AgNO3为原料,采用液相直接沉淀法制备了Ag3VO4粉体,用XRD、SEM、BET和UV-Vis等手段对样品的物相、形貌、比表面积和光学特性进行了表征;以可见光为光源、罗丹明B为目标降解物考察了Ag3VO4的光催化活性。结果表明,反应混合物的pH值对样品的成分有重要的影响,在调节反应混合物的pH值为7时,所制备的样品为单斜相的Ag3VO4;反应时间、反应温度和表面活性剂等对Ag3VO4的尺寸和形貌有较大的影响。UV-Vis分析表明,所得样品在400～680nm有强而宽的吸收,其能带间隙Eg为1.90eV;光催化性能测试表明,样品的可见光光催化活性较高,在35W氙灯照射下,经100min降解,80℃反应8h所得样品对罗丹明B的降解率可达97.7%。     

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/Cu-TiO2纳米球的制备及在紫外辅助芬顿中的催化性能表征

以一步法制备的7%(质量分数)Cu-TiO₂为基,利用水热法制备了不同质量分数的光催化性能优良的g-C₃N₄/Cu-TiO₂纳米球三元复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UVVis DRS)等分析测试手段对样品的结构、形貌和光学性能进行表征。通过罗丹明B为模拟污染物,表征其在紫外光条件下的光催化性能,结果表明,所合成的催化剂为80～90 nm的光滑纳米球体,均匀分布在层片状的g-C₃N₄上,其中60%(质量分数)g-C₃N₄/Cu-TiO₂在紫外芬顿体系(0.1 mL 30%H₂O₂)内,在20 min内25 mg·L^-1罗丹明B降解率达到92.71%,在30 min达到100%。同时在pH范围2～8内具有同样高效的催化效果,显著提高了催化效率和适用pH范围。     

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...     

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。      

g-C3N4/Ag/TiO2 NTs的制备及其对西维因的光催化降解

采用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管(TiO₂ NTs),然后在紫外光和微波辅助下引入Ag、g-C₃N₄制备出g-C₃N₄/Ag/TiO₂ NTs三元复合光催化材料。用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)、光致发光(PL)等手段对g-C₃N₄/Ag/TiO₂ NTs进行表征,研究了这种材料对西维因的降解性能。结果表明,在模拟太阳光照射下,g-C₃N₄/Ag/TiO₂ NTs对西维因的降解率由TiO₂ NTs的29.1%提高到51.8%。光催化活性的提高,与Ag表面等离子体共振效应、Ag优异的电荷传导性以及g-C₃N₄与TiO₂ NTs界面的异质结有关。     

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。     

TiO2-g-C3N4复合材料的制备及其在水泥石表面的应用

以Ti(SO₄)₂和尿素为原料,采用均匀沉淀法及不同煅烧温度制备了TiO₂-g-C₃N₄复合材料。利用XRD和SEM对g-C₃N₄和TiO₂-g-C₃N₄复合材料的结构及形貌进行了表征,并以模拟太阳光为光源,甲基橙为目标降解物,对其光催化活性进行了研究。将高催化性能的TiO₂-g-C₃N₄复合材料与水泥石表面结合制备了具有光催化性能的水泥石。结果表明:在300℃和400℃条件下煅烧制备的TiO₂-g-C₃N₄复合材料具有牢固异质结,而在500℃条件下煅烧产生N掺杂的TiO₂。其中400℃条件下煅烧所得TiO₂-g-C₃N₄复合材料的光催化性能最好,模拟太阳光光照60 min降解率达到91%。通过拟合计算,发现400℃条件下TiO₂-g-C₃N₄复合材料的光催化速率最快。与400℃ TiO₂-g-C₃N₄复合材料结合的水泥石也具有较好的光催化降解性能,模拟太阳光光照240 min降解率可达到90%以上,TiO₂-g-C₃N₄复合材料在400°C可以降低水泥石的初凝终凝时间,并提高其抗压强度。      

TiO2-g-C3N4-Bi2O3复合异质结构催化材料在水处理中的应用

异质结光催化材料在降解有毒有害污染物方面体现出优良的效果。以苯酚有机废水作为研究对象,球磨法所制备的TiO₂-g-C₃N₄和TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃两种光催化材料作为实验材料,探究不同光源条件下TiO₂-g-C₃N₄、TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃的光催化特性及其对苯酚废水处理效果。结果表明,在可见光和紫外光单独照射条件下,三元体系的TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃均比TiO₂-g-C₃N₄具有更高的光催化活性,并且可见光条件下,TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃比TiO₂-g-C₃N₄的优势更明显;在可见光和紫外光同时照射时,TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃、TiO₂-g-C₃N₄对苯酚废水的降解效率分别达到99.44%、96.67%。表征结果表明,Bi₂O₃的掺杂有效地增强了催化剂在全光谱范围内对光的吸收,并且三元体系的构建有效地促进了光生电子与空穴的分离。研究结果表明,通过简单可控的球磨-微波加热-煅烧工艺,可以实现TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃的制备,并且证实了TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃材料在有机废水处理方面的良好前景。      

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...     

g-C3N4/Bi12O17Cl2复合物的制备及其光催化性能

以硝酸铋、氯化钠和氢氧化钠为原料用液相沉淀法制备g-C₃N₄/Bi₁₂O₁₇Cl₂复合光催化剂,并用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段表征其组成、微观形貌和性能,以罗丹明B为模拟污染物研究了在可见光照射下g-C₃N₄对g-C₃N₄/Bi₁₂O₁₇Cl₂复合光催化剂活性的影响及其光催化机理。结果表明,2% (质量分数) g-C₃N₄/Bi₁₂O₁₇Cl₂复合光催化剂的光催化性能最好,见光90 min后对罗丹明B的降解率达到98%。     

Fabrication and characterization of porous unidirectional Si2N2O-Si3N4 composite

Porous unidirectional Si₂N₂O-Si₃N₄ composite was fabricated by in-situ nitriding of a porous unidirectional Si substrate. The porous unidirectional Si substrate having a diameter of 450 μm, was prepared by forming ethanol bubbles in a slurry which contained Si, Y₂O₃, Al₂O₃ and methylcellulose powder. After nitridation at 1400 °C, the Si substrate was transformed into Si₂N₂O-Si₃N₄ composite and the pore surface of the unidirectional Si₂N₂O-Si₃N₄ composite was covered throughout with Si₂N₂O fibers, which had a diameter of about 55 nm. The Si₂N₂O fibers were orthorhombic single-crystals with an amorphous layer having a thickness of about 1 nm. The compressive strength of the in-situ synthesized Si₂N₂O-Si₃N₄ composite was about 30 MPa.     

Theoretical study of the insulating oxides and nitrides: SiO2, GeO2, Al2O3, Si3N4, and Ge3N4

An extensive theoretical study is performed for wide bandgap crystalline oxides and nitrides, namely, SiO₂, GeO₂, Al₂O₃, Si₃N₄, and Ge₃N₄. Their important polymorphs are considered which are for SiO₂: α-quartz, α- and β-cristobalite and stishovite, for GeO₂: α-quartz, and rutile, for Al₂O₃: α-phase, for Si₃N₄ and Ge₃N₄: α- and β-phases. This work constitutes a comprehensive account of both electronic structure and the elastic properties of these important insulating oxides and nitrides obtained with high accuracy based on density functional theory within the local density approximation. Two different norm-conserving ab initio pseudopotentials have been tested which agree in all respects with the only exception arising for the elastic properties of rutile GeO₂. The agreement with experimental values, when available, are seen to be highly satisfactory. The uniformity and the well convergence of this approach enables an unbiased assessment of important physical parameters within each material and among different insulating oxide and nitrides. The computed static electric susceptibilities are observed to display a strong correlation with their mass densities. There is a marked discrepancy between the considered oxides and nitrides with the latter having sudden increase of density of states away from the respective band edges. This is expected to give rise to excessive carrier scattering which can practically preclude bulk impact ionization process in Si₃N₄ and Ge₃N₄.