g-C3 N4的物理改性及光催化性能研究

块状g-C3 N4具有低比表面积和高电荷重组率,为了提高其可见光催化活性,分别采用超声剥离法和微波烧蚀法对其进行改性,并用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见光漫反射吸收光谱(UV-vis)、物理吸附仪(BET)等对其结构进行表征,以亚甲基蓝(MB)为目标化合物,评价了改性前后g-C3 N4的光催化性能,结果发现超声剥离12 h和微波辐照30 min后的g-C3 N4的比表面积显著提高、光生电子和空穴的复合率降低,光催化活性增强,对MB的降解率分别达到96.4;和90.2;.     

ZnO/g-C3N4复合光催化剂制备及其光催化性能研究

以硝酸锌、三聚氰胺为原料,采用热解法合成ZnO掺杂g-C3N4复合光催化剂.利用XRD、SEM、UV-Vis等对合成产物的组成、形貌及光吸收性能进行了表征.研究了热解温度及ZnO的掺杂量对合成产物性能的影响,并以亚甲蓝溶液为模拟污染物,对合成ZnO/g-C3N4进行光催化性能评价.结果表明:ZnO掺杂有利于提高ZnO/g-C3N4复合材料的光催化性能,当热解温度为650℃、保温时间为60 min、ZnO的掺杂量为2.5wt;时,合成的ZnO/g-C3N4光催化性能最佳,在高压汞灯照射240 min时,对亚甲蓝溶液的降解率为84.1;,比同条件下单一g-C3N4光催化性能提高26.2;.     

g-C3N4/ZnO复合材料的制备及其光催化性能分析

以尿素和乙酸锌为前驱体,采用水热法制得不同ZnO含量的光催化复合材料石墨相氮化碳/氧化锌(g-C3N4/ZnO),采用TEM、XRD、UV-Vis、FT-IR、PL等分析方法对所得催化剂进行了表征和分析.结果表明,ZnO颗粒附着于多孔片层状的g-C3N4之上形成g-C3N4/ZnO复合材料,降低了g-C3N4的禁带宽度,增加了g-C3 N4对可见光的吸收,以及光生电子-空穴对的分离几率.以可见光驱动亚甲基蓝的降解实验为探针反应检测催化剂的光催化性能,结果表明,质量比为3∶2的g-C3N4/ZnO复合材料表现最优光催化性能,其可在120 min内降解92;的亚甲基蓝,其光催化降解速率为g-C3N4单体的2.8倍.     

BiOCl/ZnO异质结型复合光催化剂的水热合成及其光催化性能

以醋酸锌、氯化钠、硝酸铋和氧氧化钠为原料,利用水热法合成了含BiOCl为1wt;、2wt;、4wt;、8wt;和16wt;的异质结型BiOCl/ZnO复合光催化剂.采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和光致发光(PL)谱等系列手段对所制备的光催化剂进行了表征.以紫外光(254 nm)为光源,酸性橙Ⅱ为光催化反应降解模型,进行光催化活性测试,考察了复合BiOCl对ZnO光催化剂反应活性和稳定性的影响.研究表明,异质结型BiOCl/ZnO复合光催化剂的光催化性能明显优于纯ZnO.当复合BiOCl的含量为4wt;时,光催化活性最佳,为纯ZnO的3.4倍,同时该催化剂在循环使用中具有更好的稳定性.     

BiOI/BiVO4复合光催化剂的制备及其 可见光光催化性能

采用水热法制备了不同BiOI含量的BiOI/BiVO4复合光催化剂.通过XRD、SEM、XPS及UV-vis DRS等测试技术表征了样品的晶相结构、微观形貌、组成变化及吸光性能.用亚甲基蓝模拟环境污染物,评价了BiOI/BiVO4复合光催化剂的可见光催化活性,结果表明,当BiOI含量为40;,可见光照射100 min时,BiOI/BiVO4复合光催化剂对亚甲基蓝的降解率达81.22;,而相同条件下,BiVO4对亚甲基蓝的降解率仅为33.28;.光催化活性的提高可归因于BiOI/BiVO4异质结的形成,BiOI与BiVO4的能带结构发生了变化,由嵌套式结构变为交错式结构,使异质结表面的光生电子-空穴更有效地分离.     

g-C3N4-W18O49复合光催化剂的制备及其光催化机理研究

通过简单的溶剂热法成功制备出了g-C3N4-W18O49复合光催化剂,采用XRD、SEM、TEM以及PL对所得催化剂的物相结构及形貌和光学性能进行了表征,通过降解甲基橙和光解水产氢实验研究所得催化剂的催化性能及其催化机理.由实验可知,W18O49的含量为50;时所得g-C3N4-W18O49复合光催化剂的降解性能最好,其降解率比纯g-C3N4纳米片提高48;;为进一步研究复合光催化剂的电子-空穴传输机理,我们又进行了光解水制氢实验.结果表明:单一的W18O49无产氢活性,它的复合明显降低了g-C3N4的产氢速率,说明复合结构中光生电子是从g-C3N4传递到了W18O49,表现出明显的Ⅱ型异质结复合特征,而不是部分文献所提出的Z型方式.     

g-C3N4/ZnO复合光催化剂的制备及其光催化活性

以硝酸锌、三聚氰胺、氢氧化钠为原料,采用回流法合成g-C3N4/ZnO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),紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)及N2吸附-脱附(BET)等技术对所合成样品的组成和形貌进行表征.在模拟太阳光条件下,以亚甲基蓝为模拟污染物评价催化剂的活性.结果表明,g-C3N4加入量为5wt;,煅烧温度500℃,煅烧时间2 h条件下制备的复合光催化剂具有最佳的光催化活性.5wt;g-C3N4/ZnO复合光催化剂在反应40 min时对亚甲基蓝的降解率可达到98.5;,其光催化降解速率为纯ZnO的2.8倍.     

Fe@Fe2O3/g-C3N4复合光催化剂的制备及其性能

通过高温煅烧三聚氰胺制备了石墨相氮化碳g-C3N4,再以硼氢化钠( NaBH4)为还原剂,室温下还原氯化高铁(FeCl3· 6H2O)制备出了具有核壳结构的Fe@Fe2O3纳米线.然后分别通过超声法和溶剂热法制备了Fe@Fe2 O3/g-C3N4复合光催化剂,并利用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等表征方法对其进行表征.所得样品的光催化性能通过在可见光下(λ≥400 nm)光催化降解罗丹明B(RhB)溶液来评估.研究表明,超声法制备的Fe@Fe2O3/g-C3N4复合催化剂具有优良的可见光催化性能,其催化活性明显高于单组分的催化活性,一般认为Fe@Fe2O3与g-C3N4之间有一定的协同作用,从而可以提高材料的催化活性.同时,研究发现该催化体系中起关键作用的主要活性物种是超氧自由基.     

g-C3N4基异质结的光催化应用研究进展

半导体异质结光催化剂因其在太阳能利用和转化方面广阔的应用前景而备受关注。合理构建两种或两种以上半导体材料的异质结构,可以集成多种组分的优点,改善光生电荷分离,扩大对可见光的吸收范围,保持光催化剂的高氧化还原能力。近年来,由于g-C₃N₄具有合成简单、稳定性高、独特的光学和电学特性等诸多优点,g-C₃N₄基异质结构的构建成为研究热点。本文针对近年来g-C₃N₄基异质结改性的研究现状,依据g-C₃N₄与其他半导体电荷转移路径的不同综述了三种异质结结构(g-C₃N₄基Ⅱ型异质结、g-C₃N₄基Z型异质结和g-C₃N₄基S型异质结),以及其在环境修复和能源方面的应用。最后对g-C₃N₄基异质结光催化剂存在的问题进行总结和展望。     

TiO2/g-C3N4复合粉体的制备及其在紫外/芬顿反应中光催化性能

本文通过静电吸附法制备了TiO₂/g-C₃N₄复合粉体。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等对其形貌、成分、光学性能进行表征。以罗丹明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:在降解罗丹明B实验中,当复合粉体中TiO₂负载量达到15%(质量分数)时,具有更明显的催化降解效果,在20 min内降解率可以达到99.40%。在加入异丙醇作为羟基自由基捕获剂后,降解率降到了27.30%,确定了反应的主要活性物质为羟基自由基。紫外辅助芬顿反应可以明显提高传统芬顿反应的效果,本文还对催化剂的反应机理进行了相应探索。     

Ag/Bi2S3/Bi2WO6复合催化剂合成及光催化性能研究

以硝酸铋、钨酸钠和硫脲为起始原料,采用一步水热法成功合成Bi2 S3/Bi2 WO6光催化剂,采用光还原法在Bi2S3/Bi2 WO6表面沉积贵金属Ag.采用XRD、XPS、FESEM、TEM和UV-Vis-DRS等手段对Bi2S3/Bi2WO6和Ag/Bi2S3/Bi2WO6进行表征,并以罗丹明B和苯酚作为模型污染物对其光催化性能进行研究.结果证明,耦合Bi2S3可以提高Bi2WO6催化剂的光催化活性,Ag沉积使得其光催化性能进一步提高,且Ag的沉积量与催化剂的活性关系密切,其中5; Ag/Bi2S3/Bi2WO6的光催化效果最好.此外,结合活性物种检测和能带结构分析,对Ag/Bi2S3/Bi2WO6的光催化活性增强机理进行了分析.     

水热法合成ZnO/BiVO4复合光催化剂及其光催化性能

采用水热法制备ZnO/BiVO4复合光催化剂,研究了ZnO复合方式(直接和原位)对合成ZnO/BiVO4光催化剂性能的影响.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、BET、紫外-可见分光光度计等检测手段对产物的晶体结构、微观形貌、比表面积和光吸收特性进行了表征.结果表明:ZnO的复合对产物的组成及形貌均有影响,复合产物中有V2 O5、Bi2 O3生成,但仍以单斜BiVO4为主.与纯BiVO4相比,复合后的BiVO4结晶度变差、粒度变小,但光催化性能提高.采用直接复合法制备的ZnO/BiVO4光催化性能提高更明显,在高压汞灯照射240 min时,亚甲蓝的降解率达90.4;,相同条件下纯BiVO4对亚甲蓝的降解率仅为82.2;.     

Bi2O3/g-C3N4/TiO2三元复合物的制备及其可见光催化活性研究

以工业纳米TiO2,三聚氰胺(C3H6 N6)和硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)为原料,通过高温煅烧制备Bi2O3/g-C3 N4/TiO2三元复合物,采用XRD、XPS、FT-IR、UV-vis、PL光谱等对其结构进行了表征.结果表明g-C3 N4和Bi2O3分散覆盖在TiO2表面,形成具有异质结结构的Bi2O3/g-C3N4/TiO2三元复合物,其带隙降低,对可见光的吸收增强,电子和空穴通过在Bi2O3、g-C3N4和TiO2三者界面间的转移有效延长了光生载流子的寿命,从而提高光催化效率.以亚甲基蓝为目标污染物评价其光催化活性.结果表明,当TiO2与C3H6N6质量比为1∶2.5,Bi(NO3)3·5H2O含量为0.35;,煅烧温度为520℃,煅烧时间为5h时制得的Bi2O3/g-C3 N4/TiO2三元复合物(即0.35Bi/C/T)活性最高,LED灯(12 W)光照180 min后对10mg/L亚甲基蓝溶液降解率达98.1;.     

g-C3N4和CuO复合材料的制备、表征及光催化研究

高温煅烧三聚氰胺制备类石墨结构氮化碳(g-C3N4),然后以硝酸铜Cu(NO3)2和g-C3N4为原料,去离子水和无水乙醇作溶剂,在加入适量氨水的反应条件下通过水热法反应制备g-C3N4/CuO纳米复合材料.采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、光电子能谱仪(XPS)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)和荧光光谱(PL)等测试对复合材料进行表征.通过XRD、SEM和XPS测试结果可知微米球形CuO和g-C3N4紧密的结合起来,而由UV和PL谱图表明CuO和g-C3N4的复合扩展了材料对可见光的吸收范围和减慢了材料的光生电子和空穴的复合率.通过在可见光下降解甲基橙(MO)来检测复合材料的光催化活性,结果表明,在没有过氧化氢(H2O2)的体系下,经过4 h的光反应后,70-g-C3N4/CuO对MO的降解率达到了85;;但是在H2O2的体系下,经过1 h光反应后,70-g-C3N4/CuO对MO的降解率达到了96;.通过自由基的捕获实验说明羟基自由基、超氧自由基、空穴在降解MO过程中起到重要的作用.复合材料在经过四次的循环实验后,对MO的降解率基本能达到90;.因此,g-C3N4和CuO的复合抑制了电子-空穴的复合和扩展了吸收光波长范围,这样就使g-C3N4/CuO材料有了好的光催化性和稳定性.     

光催化剂SnC2O4的合成及其可见光催化活性

以(NH4)2C2O4为沉淀剂,采用直接沉淀法合成了新型光催化剂SnC2O4粉末.通过X射线粉末衍射、扫描电镜、紫外-可见分光光度计及荧光分光光度计等手段对样品的物相结构、微观形貌以及光吸收性能等进行了分析表征.结果表明:所制备的样品为单斜白钨矿型SnC2O4,空间群为C2/C(15).样品的微观形貌为不规则多面体,其禁带宽度为3.44 eV.光致发光光谱表明样品内部可能有大量的氧空位和其它缺陷.以甲基橙为模拟染料废水对SnC2 O4样品的光催化活性进行了评价.当甲基橙染料的浓度为40 mg/L,SnC2 O4光催化剂的投加量为40 mg/50 mL时,在模拟可见光照射下,甲基橙降解率可达99.1;,且光催化降解反应符合一级动力学方程.此外,通过引入活性物种捕获剂证明·O2-在光催化降解甲基橙反应中起重要作用.     

铒掺杂g-C3N4催化剂的合成及其红光催化降解活性的研究

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)的研究已成为光催化领域热点。本文以三聚氰氨为前驱体,采用甲醇回流法制备Er掺杂的g-C₃N₄催化剂。利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR DRS)、傅里叶红外光谱仪(IR)、荧光光谱(PL)、物理吸附(N₂-physisorption)及共聚焦显微镜(CLSM)等手段对Er/g-C₃N₄催化剂进行系统表征。结果表明,稀土金属Er高分散于g-C₃N₄上,促使氮化碳表面氮空穴的产生。Er掺杂优化了氮化碳的能带结构,增强了其对可见光的吸收,提升电子-空穴对的分离效率,此外还发现Er/g-C₃N₄具有较强的上转换能力。在660 nm红光LED照射下,对罗丹明B的水溶液进行光催化降解,发现Er/g-C₃N₄的降解速率是g-C₃N₄的2.0倍,且发现超氧自由基为该体系中的主要活性物种。