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相似文献
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1.
石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种新型的无金属材料,因其具有众多特殊的理化性质,在多相催化、光催化、燃料电池和气体储存等领域显示出了潜在的应用前景。与直接热聚合法制得的块状g-C3N4相比,介孔g-C3N4拥有高比表面和丰富的介孔孔道,能暴露更多的表面活性位,继而提升其在催化反应等应用方面的性能。热聚合法是合成g-C3N4的最为便利的方法。其中,热聚合法合成介孔g-C3N4的工艺分为硬模板法、软模板法和无模板法。本文对近十年来国内外这三种合成工艺的研究进展进行了综述。特别是针对硬模板法,从前驱体合成机理、产品理化性质等多角度评述了硬模板法合成介孔g-C3N4的关键问题。此外,针对新型的软模板法和无模板法进行了介绍,并与硬模板法进行了细致的对比和讨论。最后,对介孔g-C3N4合成工艺的未来发展趋势进行了展望。  相似文献   

2.
本文通过在双氰胺前驱体中添加聚乙二醇,在缩聚过程实现碳掺杂形成含氮空位的g-C3N4光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和荧光谱(FL)等表征手段,考察了原位聚合碳掺杂形成氮空位对g-C3N4物相结构、组分与化学态、光吸收性能及光催化活性的影响。研究结果表明,采用该方法可实现原位聚合碳掺杂,有效拓展g-C3N4的可见光吸收至850 nm,在紫外-可见光与可见光照射下光降解RhB及光催化产氢性能均显著提高,尤其可见光条件下的性能提升更为显著。  相似文献   

3.
半导体光催化技术不仅可以将太阳能转化为化学能,还可以直接降解和矿化有机污染物,因此其在抑制环境污染和解决能源短缺方面具有广阔的应用前景。类石墨相氮化碳(g-C3N4)具有独特的电子能带结构、优异的热稳定性以及化学稳定性,因此g-C3N4作为一种廉价的无金属光催化剂被广泛应用于光解水制氢产氧、污染物降解、光催化CO2还原、抗菌和有机官能团选择性转换等领域。然而,传统热缩聚法合成的g-C3N4光催化剂比表面积小、禁带宽度大、光生电子-空穴易于复合、光生载流子传输慢,抑制了其光催化活性。为了进一步提高g-C3N4的光催化活性,出现了多种改性方法。本文针对g-C3N4光催化剂的改性研究,综述了近年来国内外在g-C3N4光催化剂改性方面的重要研究进展,如采用模板法优化g-C3N4的纳米结构、元素掺杂及共聚合调控g-C3N4的能带结构、贵金属沉积或半导体复合提高光生载流子分离效率等。最后,本文还展望了g-C3N4光催化剂在改性方面的未来发展趋势。  相似文献   

4.
载铂石墨氮化碳(g-C3N4)是一种较好的可见光下催化析氢光催化剂.但催化水裂解需要牺牲电子供体,如三乙醇胺等.目前,无牺牲剂条件下g-C3N4的催化析氢仍是一个挑战.本文通过尿素热处理制备了氮化碳纳米片(NS-C3N4),并研究了其在可见光(λ>400 nm)下利用可逆电子给体无牺牲剂条件下析氢的光催化活性.在含有I-, Fe2+或[Fe(CN)6]4-的水溶液中,负载铂的NS-C3N4上无H2产生,用CrOx改性Pt/NS-C3N4的光催化剂上可观察到H2的析出.透射电镜和能量色散X射线光谱结果表明,在NS-C3N4上形成了Pt/CrOx核壳结...  相似文献   

5.
开发清洁和可再生的氢能是解决当前环境污染和能源短缺的有效途径之一.在众多制氢方法中,光催化分解水产氢被认为是最具潜力的方法之一.目前,研究者已开发了多种光催化材料,其中,石墨相氮化碳(g-C3N4)具有低成本、无毒、能带结构合适和理化性质优异等优点,在光催化产氢领域被广泛报道.然而,高温煅烧各种有机物前驱体制备的传统g-C3N4材料往往表现出严重的团聚和低结晶度,并具有大量的内部和表面缺陷,造成光生载流子的快速复合,导致光催化性能低.为了增强g-C3N4材料的光催化活性,制备具有高比表面积的g-C3N4纳米片被认为是有效的方法之一,如比较常用的方法有二次煅烧法和超声剥离法等.然而,由于g-C3N4纳米片是从传统g-C3N4光催化材料中剥离或脱层制备,因而仍然表现出低的结晶度,不利于光生电荷的有效分离和快速迁移,光催化活性的提高...  相似文献   

6.
为提高石墨相氮化碳(g-C3N4)对可见光的利用率及光催化效率,采用热聚合与直接负载等方法,将g-C3N4负载于蒙脱石表面,制备了g-C3N4/蒙脱石复合光催化材料,其结构经SEM, FT-IR及XRD表征。以罗丹明B(RhB)为目标污染物,研究了不同负载量g-C3N4/蒙脱石复合光催化剂的可见光催化性能。并分别以对苯醌、碘化钾和异丙醇为自由基捕获剂,研究了复合材料的光催化机理。结果表明:当g-C3N4的质量分数为83%(CN/M-83%)时,RhB经可见光照射1 h后,降解率达到99.2%。光催化速率常数为纯g-C3N4光催化速率常数的3.2倍。  相似文献   

7.
通过在尿素前驱体中添加单宁酸, 原位缩聚形成碳自掺杂石墨相氮化碳(g-C3N4). 利用X射线光电子能谱(XPS)、 场发射扫描电子显微镜(FESEM)、 X射线衍射(XRD)仪和同步热分析(TG-DSC)等方法对碳自掺杂 g-C3N4的形貌、 物相结构和能带价态组分进行表征分析, 结合紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和原位光微量热-荧光光谱联用仪获得碳自掺杂g-C3N4降解罗丹明B的原位热/动力学信息和三维荧光光谱信息, 探讨了光催化降解罗丹明B的微观机制. 结果表明, 单宁酸浓度≤10 mg/mL时, 碳会取代七嗪单元结构的氮原子形成g-C3N4骨架碳自掺杂; 单宁酸浓度≥ 20 mg/mL时, 碳以无定形形式沉积负载在g-C3N4表面上形成无定形碳自掺杂. 骨架碳自掺杂g-C3N4形成的π电子有效缩短了禁带宽度, 减小了光生电子-空穴复合几率, 比无定形C掺杂g-C3N4显示出更优异的光催化性能, 催化主要活性物种为h+和·O2-. 碳自掺杂g-C3N4光催化降解过程可分为光响应吸热、 降解污染物放热平衡过程和稳定放热3个过程. 其中骨架碳自掺杂g-C3N4(C/N摩尔比为0.844)在光照1000 s内, 三维荧光光谱检测的RhB降解率锐减, 光照1000 s后, 其RhB降解率为87.6%, 分别是原始g-C3N4和无定形碳自掺杂g-C3N4的3.13倍和1.95倍. 光照1000 s后, 光微量热计显示以矿化和降解非荧光发色中间产物为主, 并保持以热变速率为(0.9799±0.5356) μJ/s稳定放热, 为拟零级反应过程, 是光催化反应的决速步骤.  相似文献   

8.
石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种优异的产H2光催化剂,但是其存在载流子分离效率低、光吸收能力较差和比表面积小的问题。本研究通过对二氰二胺和亚甲基蓝(MB)进行热共聚合,结合后续热剥离策略,成功合成了一种新型分子内供体-受体(D-A)结构g-C3N4纳米片光催化剂。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明,将亚甲基蓝掺入g-C3N4框架中扩大了光吸收范围,促进了载流子的分离。此外,热剥离增加了催化剂的比表面积且进一步促进了载流子的分离。因此,D-A结构g-C3N4纳米片显示出大幅提升的光催化产氢活性(2275.6μmol·h-1·g-1),分别是块状g-C3N4、D-A结构g-C3N4、g-C3N4纳米片的5.30,2...  相似文献   

9.
黄艳  傅敏  贺涛 《物理化学学报》2015,31(6):1145-1152
用简单的超声分散法合成了具有可见光响应的类石墨氮化碳(g-C3N4)/BiVO4复合光催化剂. 采用X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS), 扫描电子显微镜(SEM), 透射电子显微镜(TEM), 紫外-可见(UV-Vis)分光光谱, 傅里叶红外变换(FTIR)光谱, 荧光发射谱(PL)和光电流响应等技术对所制备催化剂进行相关表征. 通过可见光下(λ> 420 nm)光催化还原CO2的性能来评价样品的光催化活性, 发现不同复合比的催化剂中, 含40% (w) g-C3N4的复合催化剂表现出最高的光催化活性, 其催化活性分别为纯g-C3N4纳米片和纯BiVO4的催化活性的2倍和4倍.光催化活性增加的主要原因是g-C3N4和BiVO4之间形成了异质结, 且相互间能级匹配, 有利于光生电子和空穴的分离.  相似文献   

10.
随着全球环境问题日益严重以及能源需求的不断增长,人们对高效环境修复与能源转换技术的需求日益增强.以半导体材料为光催化剂,可将可再生的太阳能转化为化学能,有望成为解决人类面临的能源和环境问题的有效途径.其中,开发高效稳定的光催化剂是该技术得以实际应用的关键.近几十年,研究人员开发出多种半导体材料并应用于光催化研究.其中,具有可见光响应的有机非金属光催化剂石墨相氮化碳(g-C3N4)因其稳定的分子结构,较小的禁带宽度(~2.7 e V)以及合适的能带结构而备受关注.然而,与大多数半导体光催化剂相似,由于传统g-C3N4上的光生电子和空穴极易复合,表面催化活性位点较少,可见光响应范围较窄,使得其催化效率不高.基于g-C3N4独特的有机分子结构,通过引入功能化的特定基团以优化g-C3N4的电子能带结构,促进载流子传输,拓展可见光响应范围,是提高其光催化效率的有效途径.已有研究表明,在各种功能化官能团中,具有强电负性的含氧基团对g-C3N4的Melon单元优化是非常有效的.因此,本文通过g-C3N4与氨基磺酸间的简单固相热反应成功合成了磺酸基功能化的g-C3N4纳米片(SACN),并实现了同步增强的相互作用.根据固体强酸特性,氨基磺酸可以在热处理的辅助下对g-C3N4进行酸刻蚀,从而增加其比表面积以及表面催化活性位点.更重要的是,理论计算与实验表征结果表明,磺酸基团的吸电子诱导效应所产生的电荷驱动力可极大改善g-C3N4的电荷转移动力学,有效抑制了它们的再结合.此外,吸电子诱导效应还可促进g-C3N4的局域电子再分布,进而降低g-C3N4的导带电位,增强光诱导电子的还原能力.光催化性能测试结果表明,SACN-400样品(前驱体中氨基磺酸加入量为400 mg)在光催化分解水制备氢气以及光降解传统污染物领域展现出较好的性能,其在入射光波长为420±15 nm时的产氢表观量子效率为11.03%.综上,本文为设计合成具有较高产氢性能以及污染物降解效率的石墨相氮化碳基光催化剂提供了一种简便有效的策略.  相似文献   

11.
从层状化合物获得的纳米片是一类新型纳米结构材料,这种二维各向异性的纳米甚至亚纳米级的材料具有独特的物理化学性能,其中最好的一个例证就是从石墨烯C3N4到石墨烯C3N4纳米片的转变。通过高温氧化热刻蚀方法将体相g-C3N4剥离成g-C3N4纳米片,应用于染料敏化可见光分解水产氢,表现出了较体相g-C3N4高于2.6倍的产氢速率。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)、荧光光谱和光电化学等表征研究了g-C3N4纳米片的结构及曙红(EY)和g-C3N4纳米片之间的电子迁移过程。热剥离后的g-C3N4纳米片具有较高的比表面积,不仅可以更为有效地吸附染料分子,还因其量子限域效应大大增强了光生电荷的分离效率和电子转移效率,改善了电子沿平面方向的传输能力以及光生载流子的寿命,从而显著提高g-C3N4纳米片的光催化产氢活性。  相似文献   

12.
Photocatalytic technology can effectively solve the problem of increasingly serious water pollution, the core of which is the design and synthesis of highly efficient photocatalytic materials. Semiconductor photocatalysts are currently the most widely used photocatalysts. Among these is graphitic carbon nitride (g-C3N4), which has great potential in environment management and the development of new energy owing to its low cost, easy availability, unique band structure, and good thermal stability. However, the photocatalytic activity of g-C3N4 remains low because of problems such as wide bandgap, weakly absorb visible light, and the high recombination rate of photogenerated carriers. Among various modification strategies, doping modification is an effective and simple method used to improve the photocatalytic performance of materials. In this work, Cu/g-C3N4 photocatalysts were successfully prepared by incorporating Cu2+ into g-C3N4 to further optimize photocatalytic performance. At the same time, the structure, morphology, and optical and photoelectric properties of Cu/g-C3N4 photocatalysts were analyzed by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy, UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS), and photoelectric tests. XRD and XPS were used to ensure that the prepared photocatalysts were Cu/g-C3N4 and the valence state of Cu was in the form of Cu2+. Under visible light irradiation, the photocatalytic activity of Cu/g-C3N4 and pure g-C3N4 photocatalysts were investigated in terms of the degradation of RhB and CIP by comparing the amount of introduced copper ions. The experimental results showed that the degradation ability of Cu/g-C3N4 photocatalysts was stronger than that of pure g-C3N4. The N2 adsorption-desorption isotherms of g-C3N4 and Cu/g-C3N4 demonstrated that the introduction of copper had little effect on the microstructure of g-C3N4. The small difference in specific surface area indicates that the enhanced photocatalytic activity may be attributed to the effective separation of photogenerated carriers. Therefore, the enhanced photocatalytic degradation of RhB and CIP over Cu/g-C3N4 may be due to the reduction of carrier recombination rate by copper. The photoelectric test showed that the incorporation of Cu2+ into g-C3N4 could reduce the electron-hole recombination rate of g-C3N4 and accelerate the separation of electron-hole pairs, thus enhancing the photocatalytic activity of Cu/g-C3N4. Free radical trapping experiments and electron spin resonance indicated that the synergistic effect of superoxide radicals (O2•−), hydroxyl radicals (•OH) and holes could increase the photocatalytic activity of Cu/g-C3N4 materials.  相似文献   

13.
以半导体材料类石墨氮化碳纳米片(g-C3N4纳米片)为载体,通过微波-多元醇法构筑了Pt/g-C3N4纳米片催化剂. 通过TEM、XRD、XPS、紫外-可见吸收光谱等方法对Pt/g-C3N4纳米片催化剂的粒径尺寸、组成、结构、光学等性质进行分析. 通过对比可见光照和暗室条件下的甲酸电氧化活性,Pt/g-C3N4纳米片催化剂在可见光照射下展现出良好的催化性能. 该性能的提高一方面可能是由于g-C3N4纳米片在可见光照射下加速了电子从Pt转移给g-C3N4纳米片,Pt处于“电子匮乏”状态,可削弱CO与Pt之间的化学键能,减弱CO在Pt表面的吸附能力,促进了CO的氧化,提高了催化剂抗中毒能力;另一方面,g-C3N4纳米片在光照条件下分离出的空穴可有效氧化甲酸分子,提高甲酸氧化活性. 因此,可见光条件下可有效提高Pt/g-C3N4纳米片催化剂甲酸催化氧化活性,这为直接甲酸燃料电池的发展提供了新思路.  相似文献   

14.
Since Fujishima and Honda demonstrated the photoelectrochemical water splitting on TiO2 photoanode and Pt counter electrode, photocatalysis has been considered as one of the most promising technologies for solving both the problems of environmental pollution and energy shortage. This process can effectively use solar energy, the most abundant energy resource on the earth, to drive various catalytic reactions, such as water splitting, CO2 reduction, organic pollutant degradation, and organic synthesis, for energy generation and environmental purification. Except for the various metal-based semiconductors, such as metal oxides, metal sulfides, and metal oxynitrides, developed for photocatalysis, graphitic carbon nitride (g-C3N4) has attracted significant attention in the recent years because of its earth abundancy, non-toxicity, good stability, and relatively narrow band gap (2.7 eV) for visible light response. However, g-C3N4 suffers from insufficient absorption of visible light in the solar spectrum and rapid recombination of photogenerated electrons and holes, thus resulting in low photocatalytic activity. Until now, various strategies have been developed to enhance the photocatalytic activity of g-C3N4, including element doping, nanostructure and heterostructure design, and co-catalyst decoration. Among these methods, element doping has been found to be very effective for adjusting the unique electronic and molecular structures of g-C3N4, which could significantly expand the range of photoresponse under visible light and improve the charge separation. Especially, non-metal doping has been well investigated frequently to improve the photocatalytic activity of g-C3N4. The non-metal dopants commonly used for the doping of g-C3N4 include oxygen (O), phosphorus (P), sulfur (S), boron (B), and halogen (F, Cl, Br, I) and also carbon (C) and nitrogen (N) (for self-doping), as they are easily accessible and can be introduced into the g-C3N4 framework through different physical and chemical synthetic methods. In this review article, the structural and optical properties of g-C3N4 is introduced first, followed by a brief introduction to the modification of g-C3N4 as photocatalysts. Then, the progress in the non-metal doped g-C3N4 with improved photocatalytic activity is reviewed in detail, with the photocatalytic mechanisms presented for easy understanding of the fundamentals of photocatalysis and for guiding in the design of novel g-C3N4 photocatalysts. Finally, the prospects of the modification of g-C3N4 for further advances in photocatalysis is presented.  相似文献   

15.
Fe掺杂g-C_3N_4的制备及其可见光催化性能   总被引:1,自引:0,他引:1  
以硝酸铁和三聚氰胺为原料制备不同含铁量的Fe掺杂石墨氮化碳(g-C3N4).采用X射线衍射光谱(XRD)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、荧光(PL)光谱、X光电子能谱(XPS)等分析手段对制备的催化剂进行了表征.结果表明,铁以离子形式镶嵌在gC3N4的结构单元中,影响了g-C3N4的能带结构,增加了g-C3N4对可见光的吸收,降低了光生电子-空穴对的复合几率.以染料罗丹明B的降解为探针反应系统研究了不同含铁量对g-C3N4在可见光下催化性能的影响.结果表明,m(Fe)/m(g-C3N4)=0.14%时,制备的Fe掺杂g-C3N4表现出最佳的光催化性能,120 min内罗丹明B的降解率高达99.7%,速率常数达到0.026 min-1,是纯g-C3N4的3.2倍.以叔丁醇、对苯醌、乙二胺四乙酸二钠为自由基(·OH)、自由基(O2-·)和空穴(h+VB)的捕获剂,研究了光催化反应机理.  相似文献   

16.
An in situ strategy was introduced for synthesizing carbon modified graphitic carbon nitride(g-C3N4) by using urea/4-aminobenzoic acid(PABA) co-crystal(PABA@Urea) as precursor materials. Via co-calcination of the PABA co-former and the urea in PABA@Urea co-crystals, C guest species were generated and compounded into g-C3N4 matrix in situ by replacing the lattice N of the carbon nitride and forming carbon dots onto its layer surface. The carbon modification dramatically enhanced visible-light harvesting and charge carrier separation. Therefore, visible light photo-catalytic oxidation of methylene blue(MB) pollution in water over the carbon modified g-C3N4(C/g-C3N4) was notably improved. Up to 99% of methylene blue(MB) was eliminated within 60 min by the optimal sample prepared from the PABA@Urea co-crystal with a PABA content of 0.1%(mass ratio), faster than the degradation rate over bare g-C3N4. The present study demonstrates a new way to boost up the photocatalysis performance of g-C3N4, which holds great potential concerning the degradation of organic dyes from water.  相似文献   

17.
以尿素作为原料, 采用熔盐辅助热聚合法在KCl-NaCl-BaCl2体系中制备了带隙可调的g-C3N4纳米结构. 采用X射线衍射仪、 扫描电子显微镜、 X射线光电子能谱仪、 紫外-可见漫反射光谱仪及荧光光谱仪对产物的结构、 形貌、 成分及光学性能进行了表征. 对g-C3N4纳米结构可见光条件下的光催化制氢性能进行了测试, 研究了不同的尿素/熔盐比对其光催化性能的影响. 结果表明, 熔盐辅助热聚合法制备的g-C3N4 纳米结构吸收光谱出现明显宽化, 吸收边由普通热聚合法制备g-C3N4的约450 nm红移至约500 nm左右. 同时光生载流子复合几率明显降低, 从而有效提升其光催化制氢性能. 最优化的g-C3N4(60)样品析氢速率达到12301.1 μmol?g?1?h?1, 为普通热聚合法制备g-C3N4析氢速率的4倍.  相似文献   

18.
热处理氧化石墨相氮化碳(g-C_3N_4)材料产生氮缺陷、提升其光催化制氢性能的研究备受关注,但其N空位浓度高且不可控、一定程度破坏g-C_3N_4晶体结构,降低g-C_3N_4的结晶度,导致光生电子-空穴对复合率高,致使其光催化制氢效率较低。基于上述问题,本研究以二氰二胺为前驱体制备了g-C_3N_4,与不同含量的尿素混合,在空气中加热快速热处理,通过X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,对其物相组成、微观形貌、光学吸收等进行了表征,在可见光条件下对样品进行了光催化制氢性能测试,研究了尿素的加入对热处理后g-C_3N_4材料的N空位浓度、结晶度及光催化制氢性能的影响。研究表明,尿素的加入降低了N空位的浓度,且提升了其结晶度。在优化的尿素添加量下,g-C_3N_4的可见光光催化制氢速率为6.5μmol·h-1,是没有添加尿素处理的样品的3倍。该研究结果表明,利用尿素原位分解产生的NH_3,可以抑制g-C_3N_4热处理过程中氮原子的氧化程度、实现调控N空位浓度,同时提高了结晶度,最终提升了其光催化制氢性能。  相似文献   

19.
研究了用离子交换沉淀法制备的Ag/Ag3PO4/g-C3N4的可见光光催化性能及再生方法.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱及X射线光电子能谱(XPS)对其进行了结构特性分析.XRD结果显示再生后催化剂的结构未发生改变.FESEM及UV-Vis分析结果说明催化剂由Ag3PO4与g-C3N4复合而成.XPS分析结果表明催化剂表面出现少量的银单质.利用可见光(λ420nm)照射下的苯酚降解实验评价了样品的光催化活性,并通过活性物种及能带结构的分析对催化剂的光催化机理进行了推测.研究表明,Ag/Ag3PO4/g-C3N4的光催化活性明显高于纯Ag3PO4及纯g-C3N4,主要原因归结为单质银、Ag3PO4及g-C3N4的协同效应.经过氧化氢和磷酸氢铵钠(NaNH4HPO4)的再生可完全恢复催化剂的活性,这表明该绿色环保的再生方法可实现Ag/Ag3PO4/g-C3N4催化剂在环境中的实际应用.  相似文献   

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