g-C3N4结构调控及其复合体系的研究进展

石墨相碳化氮（g-C₃N₄）因带隙窄、电子结构独特、稳定性高、廉易得等优点成为光催化领域的研究热点。然而,原始氮化碳往往存在比表面积小、光响应范围窄、电子-空穴易复合等缺点。特殊结构 g-C₃N₄具有多级结构,可以调节载流子迁移路径,是显著提高 g-C₃N₄比表面积、改善其电子结构,促进电荷分离的有效手段。本文综述了不同结构和形貌的 g-C₃N₄及其复合体系的研究进展,并对不同形貌 g-C₃N₄的构效关系进行了分析,展望了未来 g-C₃N₄的研究方向和应用前景。     

g-C3N4-CdS-NiS2复合纳米管的制备及可见光催化分解水制氢

光生电子-空穴对的快速复合是导致半导体光催化剂性能不佳的重要因素之一,构建异质结是分离光生电子-空穴对的有效方法。结合热缩合和两步水热反应构建了g-C₃N₄-CdS-NiS₂复合纳米管,并进一步研究了在可见光照射下不同CdS含量的g-C₃N₄-CdS-NiS₂分解水制氢的光催化性能。结果表明,当CdS含量为10%(质量)时,三元复合物的产氢速率最高(50.9 μmol·h^-1),是纯g-C₃N₄纳米管的25倍,是g-C₃N₄-CdS和g-C₃N₄-NiS₂二元复合物的11倍。而且,经过五次循环光催化反应后,产氢速率保持不变。光催化制氢性能的提高主要源于g-C₃N₄、CdS与NiS₂形成的异质结促进光生电子和空穴的迁移及电子-空穴对的分离。     

g-C3N4光催化材料改性研究进展

针对石墨相氮化碳(g-C₃N₄)比表面积小、光生载流子复合快和可见光利用效率低等缺点,阐述了g-C₃N₄的改性方法,包括形貌调整、离子掺杂、半导体复合,旨在增大比表面积,加快电子-空穴对的分离,拓宽可见光响应范围;同时讨论了相应的改性方法对光催化性能的影响,从而达到提高光催化性能的目的;对g-C₃N₄的未来发展趋势进行了展望。     

g-C3N4的改性策略以及g-C3N4/Ti3C2异质结研究进展

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）禁带宽度约为2.7 eV,具有可见光响应能力。由于其良好的热和化学稳定性,且形貌和化学结构可调,在光催化领域应用广泛。但由于其带隙宽,对可见光响应范围窄,且光生载流子的复合率高,导致其光催化效率低,可通过改性来改善。本文综述了对g-C₃N₄形貌调控、掺杂和构建异质结等改性策略,以及g-C₃N₄/Ti₃C₂异质结的作用机理、制备方法和在光催化析氢、有机物降解及合成等领域的应用。     

Ag/g-C3N4光催剂的构建及降解7-氨基头孢烷酸机理

研究了Ag/g-C₃N₄光催化剂的制备及降解7-氨基头孢烷酸的性能和机理。通过贵金属表面沉积法制备 Ag/g-C₃N₄光催化剂,利用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）研究催化剂的形貌和微观结构,通过X光射线能谱（XRD）研究催化剂的晶体结构,采用红外光谱（FTIR）研究催化剂的表面化学官能团,紫外可见光谱（UV-vis）研究催化剂的能带结构和光学性质,通过光催化降解7-氨基头孢烷酸评价Ag/g-C₃N₄的催化性能。结果表明,本研究制备得到了高纯度和高催化性能的Ag/g-C₃N₄光催化剂,与单体g-C₃N₄相比,Ag/g-C₃N₄的吸光性能得到了明显提升,光生电子-空穴的分离和传输性能得到了增强。可见光照射120min时,7%-Ag/g-C₃N₄对7-ACA的降解效率约为78.55%,是单体g-C₃N₄降解效率的1.38倍。本研究为拓宽g-C₃N₄基催化剂在光催化领域的应用提供了崭新的研究思路。     

C掺杂g-C3N4/PVDF纳米纤维膜的制备及其可见光降解性能研究

本文通过高温煅烧乙酰胺和尿素混合物,成功制备了在可见光下具有优异光催化降解性能的C掺杂g-C₃N₄材料,然后将C掺杂g-C₃N₄和PVDF共混,通过静电纺丝制备了具有优异光催化性能的C掺杂g-C₃N₄/PVDF复合纳米纤维膜。结果表明,当乙酰胺与尿素的质量比为5%时,所制备的C掺杂g-C₃N₄粉末的光催化性能较好,乙酰胺的掺杂改性既改变了g-C₃N₄形貌结构,又改善g-C₃N₄的禁带宽度,从而进一步有效提高了C掺杂g-C₃N₄材料的光催化活性;当粉末掺杂比为12%时,所制备的PVDF纳米纤维复合膜光催化降解罗丹明B的效率达89.12%;复合纤维膜经过4个循环的光催化降解实验后,对罗丹明B的光催化降解效率保持在80%以上,解决了传统光催化剂难以回收和催化剂易被包覆而失效的问题。     

Cu-P复合改性对g-C3N4可见光催化性能的影响

以P掺杂的石墨相氮化碳(P-C₃N₄)为基材，将其与不同质量分数的氯化铜混合后继续焙烧，制备出Cu-P复合改性的石墨相氮化碳可见光光催化剂(Cu/P-C₃N₄)。对样品的结构、光电性能进行了X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、光致荧光光谱(PL)、电化学阻抗谱(EIS)等一系列表征。通过可见光催化降解亚甲基蓝考察了它们的光催化活性。结果表明，Cu-P复合改性提高了催化剂的电子转移速率且降低了光生电子空穴对的复合速率，有效改善了其光催化性能。可见光照射120 min,Cu(1.5%)/P-C₃N₄复合材料对亚甲基蓝的降解率达到71.3%，其降解速率常数分别是纯g-C₃N₄和P-C₃N₄的2.17倍和2倍。另外，通过活性物种捕获实验初步研究了各个体系的光催化反应机理。     

g-C3N4基材料光催化分解水产氢的研究进展

由于化石燃料大量消耗导致的能源危机和环境问题日趋严重，将氢能作为一种替代传统能源的绿色能源成为当下的研究热点。用以光催化分解水产氢的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)基材料不仅制氢规模大，而且投入成本少，近年已成为产氢的最优方案之一。但通过对g-C₃N₄改性，可有效提高其产氢效率，并解决g-C₃N₄材料固有的可见光响应范围窄、电子—空穴复合严重、光催化产氢效率低等问题。本文回顾了近年来各种基于g-C₃N₄基材料光催化分解水产氢的方法和手段，重点介绍了g-C₃N₄光解水产氢的机理、g-C₃N₄的掺杂改性，并总结了影响g-C₃N₄基材料光催化分解水产氢效率的因素。最后，讨论了g-C₃N₄基材料光催化分解水产氢的一些关键限制条件和未来前景。     

g-C3N4/TiO2复合材料的制备及可见光催化降解硝基苯

采用原位合成法在TiO₂纳米管上沉积g-C₃N₄对材料进行改性,通过改变尿素的质量浓度制备了一系列不同负载量的g-C₃N₄/TiO₂复合材料(0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g·L^-1 g-C₃N₄/TiO₂ NTs),然后在可见光条件下考察了g-C₃N₄/TiO₂复合材料光催化降解硝基苯的性能,并对材料做了相关的表征分析和自由基清除实验。结果表明：将g-C₃N₄负载到TiO₂纳米管上可以显著提高光催化活性,可能是由于g-C₃N₄和TiO₂之间形成了异质结,延长了载流子的寿命,阻碍了电子与空穴的复合,从而提升了复合材料的光催化活性。     

氮化碳改性光催化材料在水污染治理中的应用

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种具有良好热稳定性和化学稳定性的光催化材料，具有制备原料及制备方式多样、形貌结构易调控等特征。g-C₃N₄及其改性材料在去除水体中重金属、有机污染物和氨氮等污染物方面得到高度关注。但因其存在光生电子-空穴对易复合、可见光响应范围窄、比表面积较小等缺点，在实际应用中受到限制。概述了g-C₃N₄材料的改性方法，如形貌调控、掺杂和构建异质结等，归纳了改性g-C₃N₄材料对水体中重金属、有机污染物和氨氮等污染物去除的相关研究，同时探究了不同制备方式得到的改性g-C₃N₄材料对水体中污染物的去除效果，以及在去除污染物过程中所涉及到的相关反应机理。最后对g-C₃N₄改性材料现阶段存在的问题进行了总结，并对未来的研究方向做出展望，为今后水体中污染物的去除研究提供参考。     

Ga2SSe/g-C6N6异质结光催化水分解的第一性原理研究

通过第一性原理计算，本文研究了Ga₂SSe/g-C₆N₆范德华异质结的光催化性质。结果表明，Ga₂SSe/g-C₆N₆异质结具有交错的能带排列，界面处形成从Ga₂SSe层指向g-C₆N₆层的内置电场，构成II型异质结，有利于光生电子空穴对的有效分离。另外，带隙值合适且具有从可见光到紫外光的宽光学吸收光谱，其带边位置跨越了分解水的氧化还原电位，满足光催化水分解的要求。该研究结果为基于Ga₂SSe/g-C₆N₆异质结的设计提供了理论参考。     

石墨相氮化碳光催化剂研究进展

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种可见光响应的半导体聚合物光催化剂,具有廉价易得、化学稳定性好、无毒无害以及合适的禁带宽度和能带位置等优点,但也存在只能吸收波长小于475nm的光且光生载流子复合严重等问题,需要对其进行改性来提高光催化能力。本文在介绍g-C₃N₄的结构、特性和制备方法的基础上,着重评述了g-C₃N₄在形貌调控、半导体复合、元素掺杂、分子掺杂和染料敏化等改性手段方面的研究进展以及在降解有机污染物、分解水制氢、还原CO₂和有机合成等方面的应用。最后指出g-C₃N₄未来的研究方向在于用多种手段共同改性g-C₃N₄、拓展g-C₃N₄在光催化领域的应用和深入进行机理研究等方面。     

ZnO/g-C3N4异质结光催化材料的制备及对吡啶的降解

采用蒸发溶剂-高温热聚合法制备了ZnO/g-C₃N₄异质结光催化材料,采用XRD、FTIR、TEM、XPS、UV-vis DRS、PL、TPC和EIS等表征技术对其进行了详细系统的表征,评价了ZnO/g-C₃N₄光催化降解吡啶的活性和稳定性,采用L₉(3⁴)正交实验考察了不同因素对光催化性能的影响,并对光催化机理进行了探讨。XPS和TEM结果证明了ZnO和g-C₃N₄之间异质结的形成,异质结的形成有效促进了光电子-空穴的分离,提高了光吸收,拓宽了光谱范围。在ZnO/g-C₃N₄复合光催化剂投加量为50 mg、ZnO与g-C₃N₄质量比为1∶2、吡啶初始质量浓度为20 mg/L和体系p H为7.0的条件下,可见光照射60 min后ZnO/g-C₃N₄对吡啶的光催化降解率达到了98.9%...     

Co/Ni共掺杂g-C3N4以提高其可见光下光解水产氢性能

以三聚氰胺、氯化铁、氯化钴为原料，利用热缩聚合成法制备不同比例的Co/Ni共掺杂的g-C₃N₄光催化剂，并在可见光条件下测量其光解水产氢性能。结果表明，5%Co/Ni-g-C₃N₄催化剂催化效率最高，产氢量为20.33μmol/h,是单相g-C₃N₄的4.9倍。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、瞬态光电流分析(I-t)等方法对不同样品进行表征。结果发现，Co/Ni共掺杂并未改变g-C₃N₄半导体的骨架结构，但极大地增加了催化剂表面光生电子-空穴的分离效率，致使光催化产氢效率大幅增加。     

MoO3/g-C3N4复合材料的制备及光催化性能

以三聚氰胺和四水合钼酸铵为前驱体,采用水热法制备了MoO₃/g-C₃N₄复合光催化剂。利用X-射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）及紫外-可见漫反射仪（DRS）等对制备的样品进行了表征。表征结果显示,棒状的三氧化钼负载在层状C₃N₄表面,复合材料的光吸收能力有一定的增强。材料可见光催化降解亚甲基蓝（MB）溶液的实验表明,三氧化钼和g-C₃N₄所复合产生的异质结具有较好的吸收光强度及催化降解性能,尤其是5%（质量分数）MoO₃/g-C₃N₄复合材料光催化降解率最好,达到95.7%,高于纯三氧化钼和g-C₃N₄。自由基与空穴捕获实验表明,·O₂^-是光催化反应中的主要活性物种。MoO₃/g-C₃N₄复合材料在4个循环周期内表现出了优异的稳定性。     

g-C3N4基复合纳米材料光催化性能研究进展

g-C₃N₄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-C₃N₄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-C₃N₄的修饰改性工作,探究了g-C₃N₄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-C₃N₄基复合材料发展面临的问题,最后对g-C₃N₄基复合材料未来的发展提出了展望。     

K掺杂g-C3N4光降解四环素的制备

为了克服g-C₃N₄可见光的吸收范围窄和价带氧化能力弱的问题，采用固体盐辅助生长法制备K掺杂g-C₃N₄(CN-K)光催化剂。结果表明，此方法不仅能缩小g-C₃N₄的带隙，还能将价带的电位从1.62eV调到2.04eV，从而扩宽可见光的吸收范围并提高光催化氧化能力。XRD、FT-IR、XPS等方法对CN-K的表征结果，证明成功制备了CN-K。CN-K的ESR的结果，证明·O₂^-和·OH的存在。之后,本文通过改变固体盐的质量,探究其光催化降解四环素的性能，其中CN-K(10)光催化降解四环素的效率最高，40min的光催化降解四环素效率为88%，是g-C₃N₄(17%)的5.2倍，光催化活性顺序为g-C₃N₄相似文献   

g-C3N4/BiVO4异质结的制备及其在环境治理中的应用

通过负载法成功制备了g-C₃N₄/BiVO₄异质结,采用XRD、SEM、BET、UV-Vis DRS、Mott Schottky、SPV等技术对样品的结构与性质进行分析,以光催化降解RhB和光催化还原CO₂评价其光催化活性。结果表明,g-C₃N₄和BiVO₄能带结构匹配,能够组成“Z”型异质结,并有效提高光生载流子的分离效率,同时保留g-C₃N₄导带电子较强的还原性和BiVO₄价带空穴较强的氧化性,最终提高光催化活性,其中当g-C₃N₄的负载量为3%时,样品展现了最佳的光催化活性,在光催化降解RhB实验中,经过180min光照后,降解率达到95.3%,反应速率常数达到0.0166min^-1;而在光催化还原CO₂的实验中,经过4h光照后,CO和O₂的产量达到70....     

构建Bi2O2CO3/g-C3N4异质结光催化完全氧化苯甲醇至苯甲醛

在保证选择性的前提下高效光催化氧化苯甲醇为苯甲醛仍然是当下面临的一个巨大挑战。g-C₃N₄的价带位置适中,具有温和的氧化能力,已被开发用来光催化氧化苯甲醇以保证反应的选择性,但由于其电子空穴复合率高导致反应的转化率难以提升。由于Bi₂O₂CO₃的超薄片层结构不仅可以增加催化剂的比表面积形成更多的活性中心,同时可以形成局部电场,更有效地分离光生电子-空穴对,因此通过构建Bi₂O₂CO₃/g-C₃N₄异质结来加快光生载流子分离进而提升反应速率。其中最优的催化剂可以在反应9 h后使苯甲醇完全氧化为苯甲醛,降低了分离成本。     

甲酸铵处理对氮化碳光催化性能的影响

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为环境友好型材料在半导体光催化领域广受关注,然而未经改性的g-C₃N₄光吸收范围窄,仅能对太阳光谱中蓝紫光区响应,同时比表面积小,且光生载流子分离及迁移速率慢,导致光催化性能不佳。本文以g-C₃N₄为研究对象,将甲酸铵(NH₄HCO₂)和硫脲(CH₄N₂S)按不同比例混合,在马弗炉中520℃下高温煅烧(升温4 h保温2 h),制得C元素掺杂的石墨相氮化碳。g-C₃N₄中掺杂C元素可提高光吸收能力、调整电荷密度、促进光生载流子解离,从而显著提高其光催化效率。通过降解模拟污染物罗丹明B(RhB)发现,当n(CH₄N₂S)∶n(NH₄HCO₂)=1∶0.04时表现出最好的光催化活性,其对罗丹明B的降解效率几乎能达到1...