石墨相氮化碳光催化剂研究进展

通过对石墨相氮化碳(g-C_3N_4)光催化剂修饰改性,以便控制光生电子-空穴对的复合,从而使得其光催化活性得到改善。非金属掺杂g-C_3N_4光催化剂能够拓展其光谱响应范围,从而提高了g-C_3N_4的量子效率;贵金属沉积修饰g-C_3N_4光催化剂,能够优化g-C_3N_4光催化剂表面电子结构、促进光生电子与空穴对的快速分离,改善催化剂表面化学吸附状态;通过半导体偶合,使得催化系统的载流子的分离效率得到改善,进而拓展了催化材料对光谱的吸收范围,提高了复合催化剂的光活性。阐述了近年来国内外非金属掺杂、贵金属沉积、半导体复合g-C_3N_4光催化剂在污水处理、光催化分解水产氢等领域中应用的研究进展,并提出在g-C_3N_4光催化剂修饰改性研究中存在的关键问题和以后努力的方向。     

Ag掺杂方式对g-C_3N_4降解亚甲基蓝光催化行为的影响

采用光沉积法和原位还原法制备负载型光催化剂Ag掺杂石墨相氮化碳(Ag/g-C_3N_4),并考察其在可见光区内对亚甲基蓝的光降解性能的影响机制。利用XRD、FT-IR、N_2吸附、SEM和XPS等手段表征Ag/g-C_3N_4样品,考察Ag掺杂方式和Ag掺杂量对亚甲基蓝的光降解活性和催化剂Ag/g-C_3N_4稳定性的影响。结果表明,Ag/g-C_3N_4对亚甲基蓝的光降解活性随着Ag掺杂量的增大而增大,光沉积法比原位还原法制备的光催化剂Ag/g-C_3N_4对亚甲基蓝可见光催化活性更好,经过5次循环实验后光催化活性未明显失活。这归因于前者制备的Ag纳米粒子更均匀的分布在g-C_3N_4表面从而抑制光生电子-空穴对的复合和促进光生电子的快速移除,Ag粒子在光照条件下产生的表面等离子体共振波效应也能提高催化剂Ag/g-C_3N_4的光降解效率。     

硅藻土/g-C_3N_4复合材料的制备及其可见光增强活性（英文）

采用浸渍-焙烧法制备了具有可见光响应活性的硅藻土/g-C_3N_4复合光催化材料。利用TG、XRD、FE-SEM、HR-TEM、FT-IR、XPS、UV-Vis-DRS和PL谱等手段对其物相组成、形貌和光吸收特性进行表征。以Rh B的光催化降解为探针反应评价催化剂的活性。光催化结果表明,2.32wt%硅藻土/g-C_3N_4复合材料对Rh B有较高的催化活性,光催化降解的速率常数是纯g-C_3N_4的1.9倍。自由基捕获实验表明,·O_2~–是Rh B在硅藻土/g-C_3N_4复合材料上光催化降解的主要活性物种。光催化活性提高的主要原因在于硅藻土和g-C_3N_4之间静电作用有利于光生电子-空穴在g-C_3N_4表面的迁移,进而提高g-C_3N_4的光催化活性。     

金属-有机框架材料/g-C3N4复合材料在光催化应用中的研究进展

金属-有机框架材料(MOFs)是由金属离子或者金属簇合物与有机配体桥连构成的一类新颖的结晶性多孔固体高分子材料,其无/少缺陷的晶态有序结构和多孔特性使其在电子空穴有效分离上具有独特的优势;石墨碳氮化物(g-C_3N_4)由于其独特的固有二维(2D)晶体结构,可见光响应能力(带隙≈2.7eV)和优异的化学性质稳定性,在光催化领域应用很广泛。由于两者独特的光催化性能,对两者复合光催化剂的研究也日益增加,介绍了MOFs/g-C_3N_4复合催化剂的制备方法及在光催化中的应用,分析了光催化反应机理,展望了MOFs/g-C_3N_4复合催化剂在环境污染治理方面的应用前景。     

碱金属及碱土金属掺杂石墨相-C_3N_4光催化材料研究进展

石墨相碳化氮(g-C_3N_4)作为一种成本低廉、化学性质稳定、带隙窄的光催化剂,一直是材料科学领域的研究重点。虽然g-C_3N_4存在光生载流子复合率高、可见光利用率低、比表面积较小等缺点,但由于其聚合物的本身特性适合制备g-C_3N_4基复合材料,从而可以通过引入其他化学元素或异质结对g-C_3N_4进行改进,提高其光催化活性。与非金属共价掺杂不同,碱金属、碱土金属改性g-C_3N_4具有金属掺杂的非局域化特性,其表面活性位点增多,载流子分离率降低并且能使能带位置发生改变,从而具有较好的光催化性能,因此成为一个新的研究热点。综合考虑经济性和实用性,目前用来改善g-C_3N_4性能的碱/碱土金属元素多为锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、钡(Ba)、镁(Mg)、钙(Ca)。现有的大部分数据表明,Li、Ca两种元素对g-C_3N_4的改性效果较好,尤其是Ca元素。同时结合不同制备工艺,如选择不同的前体,采用介孔材料作为催化剂载体,改变制备过程中的加热方式(控制升温速率、煅烧温度和时长),可以使g-C_3N_4的光催化活性进一步提高。虽然碱金属、碱土金属改性g-C_3N_4的理论依据是金属离子的引入会对能带结构和载流子迁移率产生影响,但金属离子与周围原子的相互作用和对能带的调控机理还未明确,实现碱金属/碱土金属可控改性g-C_3N_4也尚待研究。对碱金属、碱土金属改性g-C_3N_4的系统研究仍需继续进行大量的实验作为分析验证的基础。本文对国内外碱金属、碱土金属掺杂改性g-C_3N_4技术的发展现状进行了总结,归纳了改性g-C_3N_4的制备方法及应用范围,将改性g-C_3N_4在实际应用领域(氮氧化合物降解、光解水析氢、有机污染物降解)的光催化活性进行对比,按照掺杂元素种类和数量将其分为单掺杂和复合掺杂,并对其增强机理进行归纳整理,提出了当前碱金属、碱土金属改性g-C_3N_4发展所面临的问题,并对未来将要进行的工作及发展趋势进行了展望。     

g-C3N4量子点修饰球形Bi2WO6及其光催化活性增强机制

采用水热法制备三维分级结构Bi_2WO_6,在此基础上采用浸渍-焙烧法将g-C_3N_4量子点成功沉积在Bi_2WO_6的表面,获得Z-型结构g-C_3N_4/Bi_2WO_6光催化剂。采用XRD,FE-SEM,TEM,UV-Vis-DRS测试手段对催化材料的组成、形貌和光吸收特性进行表征。以亚甲基蓝(MB)和对硝基苯酚(p-NPh)为模型污染物,考察g-C_3N_4量子点表面修饰对Bi_2WO_6光催化活性的影响。结果表明:所得Bi_2WO_6为三维分级多孔结构,孔尺寸约为10nm,浸渍-焙烧法可将尺寸约5nm的g-C_3N_4量子点沉积在其二级结构纳米片表面。Z-型结构g-C_3N_4/Bi_2WO_6光催化剂的催化活性优于纯Bi_2WO_6的,且10%g-C_3N_4/Bi_2WO_6(质量分数)异质光催化剂对MB的降解表观速率常数(k_(app))分别为纯Bi_2WO_6和g-C_3N_4的4.5倍和5.8倍,对p-NPh的k_(app)分别为纯Bi_2WO_6和g-C_3N_4的2.6倍和1.6倍。O■是光催化过程中的主要活性物种。g-C_3N_4量子点与Bi_2WO_6形成异质结,有利于拓宽光响应范围的同时有效抑制了Bi_2WO_6光生电子与空穴的复合,从而提高了催化剂的活性。     

以不同前驱物制备的g-C_3N_4与BiVO_4的复合光催化剂及其增强的可见光催化性能

采用3种前驱物在同样的条件下,煅烧处理得到类石墨相氮化碳(g-C_3N_4),且分别与BiVO_4进行复合得到了BiVO_4/g-C_3N_4复合光催化剂。通过X射线衍射、红外光谱和紫外-可见分光光度计等表征手段证明了3种前驱物制备的g-C_3N_4及BiVO_4/g-C_3N_4复合催化剂的形成,并分别在可见光下考察其对罗丹明B(RhB)的光催化氧化降解性能。结果表明,由尿素制备的g-C_3N_4(CN-U)相较于由三聚氰胺和硫脲制备的样品(CN-M和CN-T),其对RhB的光催化降解活性更高,归因于其较大的比表面积与更高的氧化能力;制备的BiVO_4/g-C_3N_4复合催化剂对RhB降解活性均优于纯光催化剂,当BiVO_4与g-C_3N_4质量比为10%(wt,质量分数,下同)时最佳,且10%BiVO_4/CN-U的光催化活性最高。BiVO_4/g-C_3N_4复合催化剂由于两者界面高效的电荷转移,有利于光生载流子的分离。     

等离子体型石墨相氮化碳复合材料的研究现状

聚合物半导体石墨相氮化碳(g-C_3N_4)作为无金属的可见光催化剂,因其独特的结构和性能,在太阳能转换和环境治理领域受到广泛的关注。但单一g-C_3N_4还存在比表面积小、电子空穴复合率高等问题,因此人们提出了新型等离子光催化材料的概念,通过金属表面等离子体效应(SPR)对g-C_3N_4进行表面修饰,进而提高光催化性能。简要阐述了等离子体型g-C_3N_4复合光催化剂的结构及反应机理,探讨了影响复合材料光催化性能的因素,综述了最新的研究进展,展望了等离子体型g-C_3N_4复合材料的发展前景。     

Z型BiVO_4/GO/g-C_3N_4复合材料的制备及其可见光下催化性能（英文）

Z-型光催化剂可以有效增强电荷分离,从而改善光催化剂的活性。采用浸渍–煅烧和水热法两步制备Z型BiVO_4/GO/g-C_3N_4光催化剂,并用不同手段对其进行表征。在BiVO_4/GO/g-C_3N_4的光催化过程中,GO纳米片作为BiVO_4和g-C_3N_4之间的快速传输通道,可以抑制电子–空穴复合,显著促进电荷分离,提高三元异质结的氧化还原能力。与单组分或二元复合物相比,该催化剂具有良好的光降解罗丹明B(RhB)的能力。在可见光照射下,它能够在120 min内降解85%RhB,空穴(h~+)在反应中起主要作用。该工作为三元光催化剂体系提供了简单的制备方法,其中g-C_3N_4通过GO与BiVO_4偶联,光催化活性显著提高。     

六方棱柱状Ag/g-C3N4光催化剂的制备及光催化活性研究

通过水热还原法制备了银负载的石墨碳氮化物(Ag/g-C_3N_4)光催化剂。采用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和能量色散光谱仪对催化剂样品进行表征。结果表明,制备的Ag/g-C_3N_4光催化剂呈六方棱柱状,且单分散的Ag纳米粒子沉积在g-C_3N_4表面。光催化降解罗丹明B实验表明,AgNO3与g-C_3N_4质量比为0.15∶1时,Ag/g-C_3N_4光催化剂表现出最佳的降解性能,降解常数约为纯g-C_3N_4降解常数的6倍。     

零维/二维Bi_2S_3/g-C_3N_4异质结的原位构建及光催化性能

采用简单的一步溶剂热法,以硝酸铋为铋源,硫代硫酸钠为硫源,将Bi_2S_3纳米粒子原位修饰在g-C_3N_4纳米片上,成功制备了零维/二维Bi_2S_3/g-C_3N_4异质结。利用XRD、SEM、TEM、UV-Vis、荧光光谱以及电化学分析方法等手段对所制备的光催化材料进行了表征。在可见光照射下,以罗丹明B(RhB)为模型污染物,研究其光催化降解效率。结果表明,Bi_2S_3以纳米颗粒的形式分散于g-C_3N_4纳米片上,形成了零维/二维异质结结构,拓宽了g-C_3N_4在可见光区的吸收,降低了电子-空穴对的复合概率;与纯g-C_3N_4相比,Bi_2S_3/g-C_3N_4异质结表现出更高的光催化效率。同时,Bi_2S_3/g-C_3N_4催化剂具有良好的光催化稳定性,经过5次循环后其光催化活性基本稳定。     

Co_3O_4/g-C_3N_4复合材料的制备及光催化降解甲基橙

采用水热、煅烧制备Co_3O_4/g-C_3N_4复合催化剂。用IR、XRD、TEM、UV-Vis、电化学对复合材料分析结果表明,Co_3O_4均匀地附着在g-C_3N_4的表面,形成异质结。阻抗曲线表面异质结能够促进空穴和光生电子的转移和分离。在可见光照射下,当15%Co_3O_4/g-C_3N_4复合材料做为光催化剂,其光催化降解甲基橙的降解率可达90%,并拟合符合动力学一级方程,多次循环利用性能几乎不变。     

g-C_3N_4/Ag/AgCl/TiO_2复合材料的制备及其光催化性能研究

采用经硫酸处理过的三聚氰胺热解制备g-C_3N_4,利用光照还原在其表面负载Ag颗粒,再通过原位沉积法沉积上AgCl和TiO_2,制得g-C_3N_4/Ag/AgCl/TiO_2复合催化剂。既而采用XRD、TEM、FT-IR、UV-Vis-DRS和PL等分析手段对材料进行表征。并用10mg催化剂、50mL 15mg/L甲基橙溶液作为反应体系进行光催化实验。光照80min后,g-C_3N_4/Ag/AgCl/TiO_2光催化剂对甲基橙的降解率为99.35%。相同条件下,g-C_3N_4、g-C_3N_4/Ag和g-C_3N_4/TiO_2催化剂对甲基橙的降解率分别为34.29%、45.33%和55.84%。该结果表明,复合材料g-C_3N_4/Ag/AgCl/TiO_2具有优异的光催化性能。优异的光催化性能得益于材料中g-C_3N_4、Ag、AgCl和TiO_24种组分间的协同作用。     

Ag_2CO_3/Ag/g-C_3N_4 Z-型异质结的制备及可见光催化降解RhB

通过煅烧处理和沉淀反应合成以Ag纳米粒子为电子媒介的Z-型光催化剂Ag_2CO_3/Ag/g-C_3N_4。在可见光照射下,降解RhB评价Ag_2CO_3/Ag/g-C_3N_4复合物的光催化活性。结果表明:Ag2CO3/Ag/g-C3N4样品显示出比纯Ag_2CO_3和g-C_3N_4更强的光催化活性,当g-C3N4与Ag_2CO_3/Ag质量比为20%时,复合物呈现出最好的光催化性能,这归因于在Ag_2CO_3和g-C_3N_4间形成的Z-型异质结构,其有效促进电子转移速率和光生电子-空穴的分离。Z-型异质结构扩展了可见光吸收波长范围(从450nm到670nm),这是由于Ag纳米粒子表面离子共振的结果。捕获实验证实,在光催化降解RhB反应中,·O_2~-和空穴h~+是主要活性物质,·OH是次要活性物质,并提出了增强光催化活性的机理。     

热聚合法制备ZnO/g-C_3N_4复合光催化剂及其光催化性能研究

以尿素、乙酸锌为前驱体,采用热聚合方法制备ZnO/g-C_3N_4复合光催化剂。通过X射线衍射、扫描电镜、红外光谱、紫外-可见光光谱及X射线电子能谱,对样品的晶体结构、形貌及光学性质进行表征。以紫外灯为光源,以酸性红(AR)为废水降解模型考察复合材料的光催化活性。结果表明:制得的复合光催化剂光催化性能要好于纯g-C_3N_4,且当ZnO∶g-C_3N_4=0.5∶1(摩尔比)时,光催化活性最高。复合后的光催化剂对反应底物有更强的吸附能力,能更有效地抑制电子-空穴的复合。进一步对AR的降解机理进行了探讨,发现超氧根自由基(O-·2)是使AR有效降解的活性物种。     

g-C_3N_4/MnO_2复合光催化剂的制备及可见光下降解四环素性能

通过原位生长法制备了g-C_3N_4/MnO_2复合光催化剂,利用XRD,FTIR和UV-vis DRS等方法表征材料的结构和光学性质,并考察在可见光照射下降解四环素的性能。结果表明,MnO_2的引入增强了g-C_3N_4对可见光的吸收;g-C_3N_4/MnO_2复合材料的光催化活性较单体得到提升,在可见光照射90 min内对TC降解率可达77.1%,经过5次循环实验后,对TC的降解率仅下降4%,复合材料具有良好的稳定性;机理研究表明,·O~(2-)是反应体系中的主要活性物质,g-C_3N_4与MnO_2之间形成了Z型异质结,促进了光生电子-空穴的转移,提高了光催化活性。     

固混法制备BiVO_4/石墨相氮化碳复合物及其光催化性能表征

通过固混法制备不同BiVO_4含量的BiVO_4/石墨相氮化碳(BiVO_4/g-C_3N_4)复合光催化材料。采用粉末X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜分别对BiVO_4/g-C_3N_4复合催化剂的晶相组成、官能团和微观形貌进行了表征;通过可见光照射下罗丹明B的降解来评价纳米复合材料的光催化活性。结果表明:在可见光照射3h后,30%(质量分数)BiVO_4/g-C_3N_4复合物的降解率最高,达到87%。BiVO_4/g-C_3N_4良好的光催化性能可以归因于在BiVO_4和g-C_3N_4的界面形成的异质结。     

高比表面积g-C_3N_4的制备及其改性研究进展

g相氮化碳(g-C_3N_4)在光催化领域有广阔的应用前景,但因其比表面积小、光生电子-空穴易复合、对光的吸收范围窄等缺点在实际应用中受到限制。通过制备高比表面积的介孔g-C_3N_4和对g-C_3N_4进行改性可以有效地改善上述缺点。综述了近年来介孔g-C_3N_4的制备方法及g-C_3N_4改性研究进展,同时对g-C_3N_4的发展方向做出了展望。     

铋系复合光催化剂的制备及其对双酚A光催化降解研究

将氧化铋(Bi_2O_3)与三聚氰胺或盐酸胍混合煅烧,通过原位晶相合成法制备了界面紧密接触的碳三氮四复合碳酸氧铋(g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3)和碳三氮四复合氯氧化铋(g-C_3N_4/BiOCl)复合光催化剂。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪等分析手段对复合光催化剂的结构和性能进行了分析表征。结果表明:Bi_2O_2CO_3和BiOCl纳米片均是从g-C_3N_4体相中生长出来,从而导致铋系氧化物和g-C_3N_4界面间的紧密接触。紫外-可见漫反射光谱分析结果表明,g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3和g-C_3N_4/BiOCl复合光催化剂的可见光吸收能力均优于g-C_3N_4和Bi_2O_3。在可见光照射下,复合光催化剂对双酚A表现出优越的降解性能。此外,探讨了复合光催化剂的光催化机理。由于g-C_3N_4和Bi_2O_2CO_3或BiOCl界面间的紧密接触导致了光生载流子的有效分离,从而提高了复合光催化剂的光催化活性。     

g-C3N4掺杂锰锌铁氧体复合物的制备及光催化性能研究

采用自组装方法制备出新型g-C_3N_4掺杂锰锌铁氧体复合物,并利用傅里叶变换红外光谱(FTIR),扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等方法对样品进行了表征。在可见光下通过样品对罗丹明B的降解效果,研究了g-C_3N_4掺杂锰锌铁氧体复合型光催化材料的光催化性能。结果表明:g-C_3N_4掺杂锰锌铁氧体掺杂比(3∶2)相比于单组分锰锌铁氧体和g-C_3N_4,表现出更高的光催化活性。0.5g/L的样品通过210 min的光反应,降解掉溶液中96.0%的罗丹明B。g-C_3N_4/锰锌铁氧体复合物的活性与稳定性相比于单体明显提高。g-C_3N_4掺杂锰锌铁氧体光催化剂具备强磁性材料特点,具有良好的可回收性,5次重复光催化实验后仍有90%以上的降解率,因此其在降解环境污染物方面具有较好的应用前景。