Cu2O/g-C3N4异质结光催化材料的研究进展

光催化是一种环境友好型技术,能够有效解决环境污染和能源短缺问题,具有广阔的应用前景.其基本原理是半导体催化剂在光照的条件下产生具有强氧化还原能力的活性物种,这些活性物种可用来净化污染物、制备氢气、合成化学品等.n型半导体类石墨相氮化碳(g-C3 N4)具有结构稳定、多孔、可见光响应等特点,在光催化领域有广泛的应用.p型半导体氧化亚铜(Cu2 O)具有导电性高、晶面活性高等特点,并且其能带位置与间隙能够满足光催化水解产氢的要求.然而,受限于材料自身物理化学性质,纯g-C3 N4或Cu2 O都难以获得较高的催化性能.将Cu2 O和g-C3 N4复合形成异质结,能有效提高光生载流子分离效率和可见光利用率,从而提高其光催化性能.本文对Cu2 O/g-C3 N4异质结光催化材料研究进行梳理,总结了异质结形成机制和合成策略,概括了Cu2 O/g-C3 N4异质结催化材料在光催化降解污染物、抗菌、产氢、CO2还原、有机合成等领域的应用,并对未来研究方向进行了展望.     

MoS2/g-C3N4 S型异质结的构建及光催化性能研究

制备高效稳定的光催化剂对于光催化技术的发展至关重要。本研究采用超声辅助沉积加低温煅烧的方法制备了2H相MoS₂/g-C₃N₄ S型异质结光催化剂(MGCD),并综合考察了材料的相结构、微观形貌、光吸收性能、X射线光电子能谱、电化学交流阻抗和光电流等对光催化性能的影响。结果表明:经过超声辅助沉积-煅烧处理,MoS₂微米球发生破碎分散结合在g-C₃N₄纳米片层表面上并形成异质结。可见光下5%MGCD(添加5%MoS₂)对罗丹明B(RhB)在20 min时的降解率达到了99%,且样品重复使用5次后对Rh B的降解率仍能达到95.2%,表现出良好的光催化性能及稳定性。从内建电场形成的角度进一步分析表明,异质结中MoS₂与g-C₃N₄间耦合形成的内建电场引起的能带弯曲可以有效引导载流子的定向迁移,并促进光生载流子的分离,从而提高了光催化反应效率。异质结光催化剂的自由基捕获实验表明...     

3D花状MoS2/O-g-C3N4 Z型异质结增强光催化剂降解双酚A

光催化降解是一种很有应用前景的污染物处理方法。采用溶剂热法制备了3D/2D二硫化钼负载氧掺杂石墨相氮化碳(MoS₂/O-g-C₃N₄)复合材料,通过XRD、XPS、SEM、TEM、FTIR和PL等表征了MoS₂与O-g-C₃N₄之间Z型异质结的成功构建。在模拟太阳光下,当MoS₂的负载量为0.2%时,MoS₂/O-g-C₃N₄的光催化活性最高,双酚A (BPA)的降解率为92.6%,是纯g-C₃N₄的7倍。此外,MoS₂和O-g-C₃N₄之间界面的紧密接触和相互的协同效应,显著增强了光催化反应活性位点和可见光吸收能力,有效提高了光生载流子的分离。根据液相质谱联用仪(LC-MS)和自由基捕获实验,提出了0.2%MoS₂/O-g-C_3...     

水热法制备TiO_2/g-C_3N_4及其光催化性能

采用水热法合成了可见光响应的TiO_2/g-C_3N_4复合催化剂,通过X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附(BET)法、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)、荧光光谱(PL)、X射线光电子能谱(XPS)对样品进行了表征。并以亚甲基蓝为降解对象,考察了在可见光条件下不同催化剂对亚甲基蓝的降解能力。研究结果表明,锐钛矿型二氧化钛均匀地负载在石墨相氮化碳片层上,TiO_2/g-C_3N_4复合材料的光吸收带边扩展到470nm,具有优异的可见光催化效率,它对亚甲基蓝的光催化降解率达到99.0%。     

新型全光谱响应W18O49/g-C3N4异质结催化剂的构建及光催化降解有机染料性能研究

太阳光中有一多半是红外光,而利用红外光的光催化反应却鲜有报道.本研究制备了一种全光谱响应的W18 O49/g-C3 N4异质结催化剂,并考察了催化剂光降解罗丹明B(RhB)的性能.采用X射线衍射(XRD)、氮气吸附、紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、荧光光谱(PL)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学阻抗谱(EIS)等手段对催化剂进行了表征.结果显示制备的催化剂对250～1800 nm范围内的光均显示出较强的吸收.制备的异质结催化剂对RhB的降解速率常数达到0.0159 min-1,分别是纯g-C3 N4和W18 O49的5.3倍、11.4倍,且具有优异的催化稳定性.W18 O49一方面作为红外光吸收材料,提高了催化剂对光的吸收利用,另一方面与g-C3 N4组成异质结催化剂,显著提高了光生电荷分离效率.此外,本研究还考察了W18 O49/g-C3 N4异质结催化剂降解RhB可能的反应机理.     

基于Ⅱ型和Z型Ag3PO4基异质结光催化材料的研究进展

太阳能光催化技术在环境污染治理方面表现出了广阔的应用前景.磷酸银(Ag3PO4)因具有高量子效率、无毒、禁带宽度小等优点,逐渐成为光催化领域的研究热点.然而纯Ag3 PO4在光催化过程中易发生光腐蚀、稳定性较差,这严重限制了其实际应用.主要介绍了基于Ⅱ型和Z型Ag3 PO4基异质结光催化材料的类型、制备方法、结构特点及...     

Z型BiVO4/GO/g-C3N4复合材料的制备及其可见光下催化性能

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BiVO₄/GO/g-C₃N₄光催化剂, 并用不同手段对其进行表征。在BiVO₄/GO/g-C₃N₄的光催化过程中, GO纳米片作为BiVO₄和g-C₃N₄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-C₃N₄通过GO与BiVO₄偶联, 光催化活性显著提高。     

双缺陷调控的Z型BiVO4-x/g-C3N4-x异质结的制备及其光催化全解水

为了获得高效的全解水光催化体系,采用固相烧结法和水热法制备了双缺陷调控的Z型BiVO_4-x/gC₃N_4-x异质结,对异质结的微观结构和光电特性进行了表征,测试了BiVO_4-x/g-C₃N_4-x异质结的光催化全解水制氢、氧的性能。结果表明：丰富的氧空位和氮空位的引入、紧密连接的复合结构界面及直接Z型异质结的构筑,提高了材料对可见光的吸收,加快了光生电荷的分离和传输,从而导致材料具有高效的光催化活性。双缺陷调控的Z型BiVO_4-x/g-C₃N_4-x异质结具有优异的光催化活性和稳定性,在可见光照射下,不添加任何吸收剂析氢速率可达654μmol/(h·g),是g-C₃N_4-x前驱体的6.5倍,析氧速率可达302μmol/(h·g),经过20 h的长时间可见光照射,样品的光催化活性没有下降。     

CNQDs/TiO2空心球的制备及光催化性能研究

传统单相TiO₂在光催化过程中存在光生载流子复合率高、能带较宽、水相中易团聚等特点。为了提高TiO₂的光催化效率,利用简易水热法将氮化碳量子点(CNQDs)负载在TiO₂空心球(K-T)上制成CNQDs/TiO₂复合材料,并用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、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)对样品进行了表征,通过光催化降解罗丹明B(RhB)、对氯苯酚(4-CP)研究了不同CNQDs负载量对CNQDs/K-T复合材料光催化性能的影响。结果表明：利用简易水热法制备了CNQDs/K-T复合材料,其表现出高光催化反应活性且具有良好的稳定性。当CNQDs负载质量为1%时,复合材料对罗丹明B(RhB)和对氯苯酚(4-CP)的光催化降解效率约为传统单相TiO₂的3.0倍和3.4倍。     

g-C3N4/BiOCl复合光催化剂作为2D/2D异质结用于光催化降解染料性能研究

为扩大BiOCl的太阳光吸收范围,获得更高效的光催化剂,本文通过水热法制备了石墨相氮化碳(g-C₃N₄)/BiOCl (2D/2D)复合光催化剂并对其进行详细表征。结构与形貌表征结果显示BiOCl纳米片沉积在层状g-C₃N₄表面,形成了2D/2D面-面复合结构;光电化学性质分析表明形成的异质结构能有效扩展光吸收频率范围,促进光生载流子分离和迁移,从而有利于光催化性能的提高。以500 W氙灯模拟太阳光源,光催化降解罗丹明B(RhB)的结果表明g-C₃N₄/BiOCl异质结的光催化降解活性远高于单纯的g-C₃N₄和BiOCl。其中9wt%g-C₃N₄/BiOCl表现出了最优越的光催化活性,在180 min内对RhB的降解率为94%,其表观速率常数K_app值为g-C₃N₄和BiOCl的5.7和3.6倍。同时对g-C₃N₄/BiOCl异质结的光催化机制展开研究,结合复合催化剂电子结构和自由基捕获实验提出了在染料敏化作用下RhB的光催化降解机制。      

g-C3N4/MoS2纳米片/氧化石墨烯三元复合催化剂的制备及可见光催化性能

采用球磨法制备 g-C₃N₄/MoS₂纳米片/氧化石墨烯(GO)三元复合催化剂。运用X 射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和光致激发光谱(PL)等分析手段, 对催化剂的结构、形貌和光学性能进行表征。结果表明: MoS₂纳米片和g-C₃N₄形成异质结结构, 均匀地分散在氧化石墨烯的表面上。以罗丹明B(RhB)为模拟污染物, 研究三元复合催化剂在可见光照射下的光催化特性。结果显示: 三元复合催化剂在120 min内对RhB的降解率达到96%, 其降解动力学常数分别是g-C₃N₄、g-C₃N₄/ MoS₂、g-C₃N₄/GO复合催化剂的3、2.1和2.8倍。根据实验结果及能带结构提出了三元复合催化剂可能的光催化机理。     

g-C3N4光催化性能的研究进展

利用光催化剂将太阳能转化为人类可以直接利用的能量, 并用其解决地球资源的枯竭和生存环境的恶化是可再生清洁能源研究的一个方向。g-C₃N₄的独特结构赋予其良好的光催化性能, 使之成为光催化领域的研究热点。目前在光催化领域, g-C₃N₄主要用于催化污染物分解、水解制氢制氧、有机合成及氧气还原。在实际应用中, 为进一步提高g-C₃N₄的光催化效果, 科研工作者开发了多种改进方法, 例如物理复合改性、化学掺杂改性、微观结构调整等。本文主要论述了g-C₃N₄在光催化领域的应用以及光催化性能的改进方法, 简要阐述了光催化和各种改进方法的机理, 分析了目前g-C₃N₄在光催化领域面临的问题和挑战, 展望了g-C₃N₄的应用前景。     

基于g-C3N4异质结复合材料光催化降解污染物的研究进展

随着现代工业的迅速发展,向环境中排放的有机物及重金属污染物与日俱增,光催化降解法是一种清洁、高效、低成本的处理手段。作为新兴非金属可见光驱动催化剂的g-C_3N_4具有廉价易得、无毒无害等优点,但存在可见光响应范围较窄、光生电子-空穴对复合率较高等明显问题,导致量子产率低,光催化效率不高。研究发现,部分金属硫化物、金属氧化物以及三元化合物等不同类型的半导体能够与g-C_3N_4形成异质结构,通过调控半导体的形貌能够在不同程度上与g-C_3N_4构成良好的晶格匹配,这有利于电子在两种或多种半导体之间传输。通过构建异质结构能够有效地降低带隙宽度,拓宽光响应范围,减小光生电子-空穴复合率,提高光催化效率。本文分类讲述了近几年常用的基于g-C_3N_4的复合半导体材料,它们都不同程度地实现了电子与空穴对的良好分离,有效地消除了各类有机物及重金属的污染,是具有应用价值的光催化剂候选者。     

Ag3PO4/Au/TiO2纳米片异质结薄膜的制备及其光催化性能研究

以钛片(Ti)、氯金酸(HAuCl_4)和硝酸银(AgNO_3)为主要原料,采用碱热法、微波辅助化学还原法和浸渍-沉积法三步法制备了磷酸银(Ag_3PO_4)/金(Au)/二氧化钛纳米片(TiO_2NSF)异质结薄膜(Ag_3PO_4/Au/TiO_2NSF)光催化剂,并对其进行了表征,探究了其在模拟太阳光条件下降解水相中有机染料亚甲基蓝(MB)和清除气相中氮氧化物(NO_x)的性能。结果表明,在模拟太阳光光照140min条件下,Ag_3PO_4/1.0Au/TiO_2NSF对MB的去除率达到99.9%;在模拟太阳光照射条件下,Ag_3PO_4/1.0Au/TiO_2NSF对NO的光催化转化率达到98.2%。采用捕获剂确定空穴(h~+)是主要的活性物种,超氧自由基(·O_2~-)是次要活性物种。Z机制和Au纳米粒子的局域表面等离子体共振效应的协同作用是复合光催化剂催化性能增强的主要原因。     

TiO2/CdS同轴异质结的制备及光催化性能研究

本研究采用阳极氧化法在金属钛箔上制备TiO2纳米管阵列,并用直流电沉积在退火后的TiO2纳米管内部填充CdS。用扫描电子显微镜(SEM)及电子能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)对TiO2/CdS异质结进行表征,结果显示,TiO2/CdS同轴核壳结构有序规整排列,孔径大小均一,Cd、S两种元素化学配比接近1:1。450℃空气退火后的TiO2是锐钛矿型,沉积的CdS为六方相。对TiO2纳米管和TiO2/CdS异质结分别进行了紫外–可见吸收光谱和紫外光下光催化降解甲基橙染料的性能测试。结果表明,复合后TiO2的吸收边出现了明显的红移;TiO2/CdS催化降解甲基橙的降解率最高达99.4%,与纯TiO2相比TiO2/CdS的光催化活性明显提高。