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%。     

0D CoP cocatalyst/ 2D g-C3N4 nanosheets: An efficient photocatalyst for promoting photocatalytic hydrogen evolution

In this work, cobalt phosphide (CoP) nanoparticles were successfully decorated on an ultrathin g-C₃N₄ nanosheet photocatalysts by in situ chemical deposition. The built-in electric field formed by heterojunction interface of the CoP/g-C₃N₄ composite semiconductor can accelerate the transmission and separation of photogenerated charge-hole pairs and effectively improve the photocatalytic performance. TEM, HRTEM, XPS, and SPV analysis showed that CoP/g-C₃N₄ formed a stable heterogeneous interface and effectively enhanced photogenerated electron-hole separation. UV-vis DRS analysis showed that the composite had enhanced visible light absorption than pure g-C₃N₄ and was a visible light driven photocatalyst. In this process, NaH₂PO₂ and CoCl₂ are used as the source of P and Co, and typical preparation of CoP can be completed within 3 hours. Under visible light irradiation, the optimal H₂ evolution rate of 3.0 mol% CoP/g-C₃N₄ is about 15.1 μmol h⁻¹. The photocatalytic activity and stability of the CoP/g-C₃N₄ materials were evaluated by photocatalytic decomposition of water. The intrinsic relationship between the microstructure of the composite catalyst and the photocatalytic performance was analyzed to reveal the photocatalytic reaction mechanism.     

超分子前驱体制备磷掺杂三维g-C3N4及光催化性能

采用超分子自组装法和化学沉淀法,以三聚氰胺、三聚氰酸为原料,以磷酸铵为P掺杂剂,制备P掺杂三维石墨相氮化碳（g-C3N4）MNP-x（x表示当三聚氰胺为0.01 mol时磷酸铵的添加质量,下同）,通过XRD、FTIR、XPS、SEM、UV-Vis和光致发光（PL）等对MNP-x进行表征,运用光催化降解染料罗丹明B（RhB）反应来评价MNP-x的光催化性能,使用自由基捕获剂验证光催化反应中起作用的活性基团,并推测反应机理。结果表明,最佳条件下制备的MNP-0.08,相较未掺杂P的g-C3N4（MN）,SEM显示,MNP-0.08形貌由一维管状变为三维花束状;XPS证实,P原子取代部分C原子掺杂到g-C3N4结构单元;PL显示,MNP-0.08提高了电子-空穴对（e--h+）的分离能力;UV-Vis显示,MNP-0.08改变了能带结构,价带（VB）从1.96 eV变为2.00 eV,导带（CB）从0.7 eV变为0.75 eV,,能带间隙值（Eg）从2.66 eV变为2.75 eV;经验证,?O2-作为主要的活性基团使MNP-0.08光催化降解RhB能力得到提高,反应速率常数（k）为0.02816 min-1,是MN（k=0.00955 min-1）的2.95倍;能带结构改变、P作为富电子中心促进载流子分离和P掺杂诱导高电荷转移并使受激电子局部化,这三种协同效应使MNP比MN具备更高的光催化性能。     

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-C3N4/ZnCo2O4微球的制备及光催化降解四环素

以ZnCo2O4微球材料为基础材料,采用溶液分散吸附和100 oC下恒温12 h方法制备了g-C3N4负载的ZnCo2O4复合材料,并采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光电子能谱(XPS)和固体紫外漫反射(Uv-DRS)技术对其进行了表征。ZnCo2O4与g-C3N4之间形成异质结结构,禁带宽度值为1.73 eV。在可见光的照射下,ZnCo2O4的光生电子(e‒)在异质结处的C3N4的离域π键所捕获,有效的促进了ZnCo2O4的光生电子(e‒)和光生空穴(h+)分离,ZnCo2O4的光生空穴(h+)是光催化降解四环素水溶液的主要因素。在可见光下,初始浓度为10 mg/L的四环素水溶液(C22H24N2O8)最高降解率可达到90.02 %。     

g-C_3N_4/TiO_2复合光催化剂的制备及其性能研究

以四异丙醇钛和三乙胺为原料,通过水解法合成TiO2。三聚氰胺于580℃煅烧得到g-C3N4,g-C3N4与TiO2按一定比例混合,在超声波条件下加入适量的甲醇得到复合材料g-C3N4/TiO2。以甲基橙为光催化反应模型考察了复合材料的紫外光催化活性。结果表明,g-C3N4/TiO2具有良好的光催化活性,用量3%时,甲基橙脱色率达96.6%。     

g-C3N4/CQDs光催化材料的制备及性能

采用高温热解法制备了石墨相氮化碳(g-C_3N_4),将其与碳量子点(CQDs)进行水热复合,得到g-C_3N_4/CQDs复合光催化剂。采用SEM、TEM、FTIR、XRD、UV-Vis/DRS、XPS、N2吸附-脱附等温线手段对制备的复合光催化剂进行了表征,以罗丹明B(Rh B)为模拟污染物,考察了g-C_3N_4/CQDs的可见光催化活性及稳定性。结果表明:与g-C_3N_4相比,g-C_3N_4/CQDs对可见光吸收强度增加,同时其吸收波长向可见光区发生红移;当CQDs含量为1.5%(以g-C_3N_4质量为基准)时,所得g-C_3N_4/CQDs光催化材料的催化活性最佳,其对Rh B的光催化降解率是54.5%,是g-C_3N_4光催化降解率的1.38倍,化学反应动力学拟合相关系数R2=0.9982。且g-C_3N_4/CQDs循环使用3次后,其催化降解率仍保持在50%以上。光催化机理研究表明,空穴(h+)、超氧阴离子自由基(·O2–)、过氧化氢分子(H2O2)和羟基自由基(·OH)都是光催化过程中的主要活性物种,四者氧化作用大小依次为:h+·O2– H2O2·OH。     

Co3O4/g-C3N4复合光催化剂降解罗丹明B的研究

为提高石墨相氮化碳(g-C3N4)的光催化性能,采用3D花状ZIF-Co与g-C3N4混合热处理的方法制备了3D花状Co3O4/g-C3N4复合光催化剂,并将其用于光催化降解罗丹明B模拟染料废水。结果表明:当ZIF-Co与g-C3N4的质量比为5%时,制备的Co3O4/g-C3N4的光催化性能最佳,在可见光下照射30 min,其对罗丹明B的降解率可达90%以上,且该催化剂的重复稳定性好。在降解罗丹明B的过程中活性基团的作用顺序为·O2->h+>·OH。     

固相反应合成ZnO/g-C3N4光催化剂及光催化性能

以乙酸锌、氢氧化钠和g-C₃N₄粉末为原料,并添加十二烷基苯磺酸钠粉末作为表面活性剂,采用室温固相研磨法制备了ZnO/g-C₃N₄光催化剂。并研究了复合材料的光催化性能。研究结果表明,经固相研磨后,会形成ZnO/g-C₃N₄复合材料,g-C₃N₄充分细化成薄片状。添加十二烷基苯磺酸钠粉末促进了g-C₃N₄发生相变。当g-C₃N₄含量较低时,产物的形貌呈现为纳米花,实际上是因为大量的氧化锌纳米片负载到g-C₃N₄片上。当g-C₃N₄含量较高时,产物为二维纳米片,由氧化锌纳米颗粒负载到g-C₃N₄片上。合成的ZnO/g-C₃N₄复合材料对亚甲基蓝表现出良好的可见光催化活性。     

花簇状g-C3N4/Bi2MoO6微球的制备及光催化降解模拟染料废水

以酵母为生物模板，通过水热-牺牲模板法制备得到了花簇状g-C3N4/Bi2MoO6复合微球，利用XRD、SEM、TEM、FT-IR、DRS、光电流响应以及氮气吸附-脱附等手段对样品的晶体结构、微观形貌、光吸收和比表面积等性能进行表征，并对样品可见光催化降解亚甲基蓝（MB）模拟染料废水的性能和机理进行探讨。实验结果表明：水热-牺牲模板法可实现g-C3N4与Bi2MoO6在生物模板表面的成功复合，样品分散性良好，微球直径约为8μm，表面呈花簇状，比表面积达11.6007m2/g。在可见光下复合微球对亚甲基蓝模拟染料废水表现出较高的光催化降解活性，当催化剂添加量为1g/L，可见光照射120min后，初始浓度为15mg/L的亚甲基蓝废水降解率高达96%以上。机理分析证实花簇状复合微米球表面g-C3N4与Bi2MoO6形成的Z型异质结有效降低了电子-空穴的复合率，显著提升了对模拟染料废水的可见光催化性能。     

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     

g-C3N4/Bi2MoO6复合光催化剂的制备及性能研究

结合热缩聚法和水热法制备了g-C₃N₄/Bi₂MoO₆复合光催化剂,利用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、氮气吸附-脱附曲线、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、光致发光光谱（PL）等分析测试技术对材料的结构和性能进行了表征,研究了材料光催化降解罗丹明B（RhB）的效果。结果表明,与纯Bi₂MoO₆相比,g-C₃N₄/Bi₂MoO₆复合材料提高了对可见光的吸收能力,减小了带隙宽度,在可见光激发下提高了降解RhB的光催化活性。其中,5% g-C₃N₄/Bi₂MoO₆复合材料对RhB的降解率最高,在可见光照射180 min对RhB的降解率为93%;而同样条件下Bi₂MoO₆对RhB的降解率为58%。重复性实验表明,复合材料在RhB光降解过程中是稳定的,具有较好的应用潜力。     

g-C3N4@WO3纳米棒阵列材料制备及光催化研究

在水热过程中利用乙二酸诱导合成了WO3纳米棒阵列,并将该纳米棒阵列与g-C3N4复合,成功制备出gC3N4@WO3纳米棒阵列复合材料,探讨其光氧化苯酚的能力。结果表明,乙二酸具有诱导WO3纳米棒阵列朝(001)面定向生长的功能,在光催化活性上,g-C3N4@WO3纳米棒阵列复合材料在60 min内对苯酚的光氧化效率可达到94.4%。并分析了光降解的过程中,空穴、羟基自由基是催化过程中的主要活性物质,对g-C3N4@WO3纳米棒阵列复合材料的光氧化性能起着最重要的作用。     

Facile synthesis of carbon self-doped g-C3N4 for enhanced photocatalytic hydrogen evolution

Graphite carbon nitride (g-C₃N₄) is an appealing metal-free photocatalyst for hydrogen evolution, but the potential has been limited by its poor visible-light absorption and unsatisfactory separation of photo-induced carriers. Herein, a facile one-pot strategy to fabricate carbon self-doped g-C₃N₄ composite through the calcination of dicyanamide and trace amounts of dimethylformamide is presented. The as-obtained carbon self-doped catalyst is investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), confirming the substitution of carbon atoms in original sites of bridging nitrogen. We demonstrate that the as-prepared materials display remarkably improved visible-light absorption and optimized electronic structure under the premise of principally maintaining the tri-s-triazine based crystal framework and surface properties. Furthermore, the carbon doped g-C₃N₄ composite simultaneously weakens the transportation barrier of charge carriers, suppresses charge recombination and raises the separated efficiency of photoinduced holes and electrons on account of the extension of pi conjugated system. As a result, carbon self-doped g-C₃N₄ exhibits 4.3 times greater photocurrent density and 5.2 times higher hydrogen evolution rate compared with its bulk counterpart under visible light irradiation.     

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。