凹凸棒土/g-C3N4-Pt/聚苯胺复合材料的制备及其可见光催化性能

石墨氮化碳(g-C₃N₄)是一种窄带隙的n型半导体材料,具有可见光降解有机污染物能力;凹凸棒土(ATP)具有很强的表面活性和吸附能力,可作为催化剂的载体。我们以g-C₃N₄和ATP杂化材料(ATP/g-C₃N₄)为基础,通过简单的化学还原法将纳米Pt颗粒沉积到ATP/g-C₃N₄表面,随后利用纳米金属Pt颗粒催化苯胺无电聚合,促使聚苯胺(PANI)在ATP/g-C₃N₄表面或孔道中原位生成,获得ATP/g-C₃N₄-Pt/PANI复合材料。以阴离子染料甲基橙(MO)为模型体系,考察了复合材料的可见光催化性能。研究表明,共轭结构的PANI和g-C₃N₄在复合材料中保持完好,说明其具有良好的兼容性。由于多组分材料之间的协同效应,使得ATP/g-C₃N₄     

石墨相氮化碳材料在水环境污染物去除中的研究

水污染是世界性问题,严重影响了人类的身体健康和环境的可持续性。迫切需要一种高效环保的吸附剂材料用于水体污染治理。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)材料具有与石墨类似的层状结构,具有许多优异性质,如大的表面积、高的热稳定性和化学惰性,成为新兴的吸附剂材料。本文主要介绍了g-C₃N₄基材料在重金属、放射性核素以及有机污染物去除方面的应用。通过批实验、光谱分析、表面配位模型和理论计算等技术系统分析了g-C₃N₄基材料与污染物之间的作用机理。g-C₃N₄基材料与污染物之间的相互作用主要归因于表面配位、π-π作用、离子交换作用和静电作用。本文有助于读者进一步了解g-C₃N₄基材料与污染物之间的作用机理,并且发掘更多的g-C₃N₄改性材料,将其应用于环境修复领域当中。     

Cu2O/ZnO的形貌可控制备及光催化性能

以CuSO₄和ZnCl₂为原料, 采用温和的液相还原法制备得到Cu₂O/ZnO微米结构高效光催化剂. 研究了不同[Cu²⁺]/[Zn²⁺]比条件下所得Cu₂O/ZnO复合物的形貌和光催化活性. 通过5.5 h的光照, Cu₂O/ZnO光催化剂对甲基橙染料的降解率为(77.5±0.1)%. 将多形貌Cu₂O/ZnO复合物作为阳极, 铂片作为对电极, 中间注入甲基橙溶液, 组装“三明治”结构拟电池, 研究了复合物的光降解机制.     

Fe/g-C3N4表面改性及其对CO加氢产物分布的影响

采用尿素热缩合法制备了氮化碳(g-C₃N₄),经H₂O₂、NH₃·H₂O处理、浸渍法负载Fe制得改性Fe/g-C₃N₄,对比研究了改性前后催化剂的CO加氢性能。结合XRD、SEM、FT-IR、CO₂-TPD、CO-TPD、H₂-TPR、接触角测试和N₂物理吸附-脱附等系列表征,探究了表面预处理对Fe/g-C₃N₄催化剂织构性质以及CO加氢产物分布的影响。结果表明,不同改性方法对催化剂的织构性质和CO加氢性能影响显著。尿素热缩合法制备的g-C₃N₄具有典型蜂窝状结构,Fe与g-C₃N₄相互作用较强,且高度分散;改性前后样品均呈亲水性,且H₂O₂、 NH₃·...     

一锅法制备磁性石墨相氮化碳复合材料及其去除亚甲基蓝研究

为促使石墨相氮化碳循环使用、提高去除有机污染物能力,以高温煅烧制备的石墨相氮化碳和六水合三氯化铁作为原材料,利用一锅水热法合成磁性石墨相氮化碳。进一步利用正交试验L₁₆(4⁵)确定最适宜去除亚甲基蓝工艺条件：光照时间为20.0 h、pH为7.00、Fe₃O₄和g-C₃N₄之比为5:2、Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料投加量为0.20 g时,亚甲基蓝的去除效果可达95.73%。与对照实验相比,单一g-C₃N₄对亚甲基蓝的去除率为58.07%,远低于Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料的去除效果。Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料循环处理亚甲基蓝五次后,其去除率仍...     

Ni-P@g-C3N4复合材料的合成与可见光催化性能

以三聚氰胺为前驱体,采用两步热聚合法,制备了一系列石墨相氮化碳(g-C₃N₄)基光催化复合材料。通过X-射线衍射光谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N₂吸附、光致荧光光谱(PL)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和电化学阻抗谱(EIS)等表征了其结构与光电特性。结果发现,Ni-P共掺杂可以有效改善g-C₃N₄的可见光吸收性能,减小其电化学阻抗,抑制光生载流子的复合。以可见光条件下降解亚甲基蓝(MB)溶液为探针反应研究了Ni-P@g-C₃N₄复合材料的光催化降解性能。结果表明,照射120分钟1.5%Ni/P-CN复合材料对MB的降解率为61.7%,速率常数为0.00785 min^-1,是纯g-C₃N₄的两倍。反应体系的主要活性物种为超氧自由基(·O₂^-)。经过简单处理催化剂可重复使用3次以上且活性保持稳定。     

TiO2/Cu2O/Pt复合空心微球的制备及其光催化性能

以锐钛矿相TiO₂溶胶为基底,采用沉淀法和液相沉积法制备了TiO₂/Cu₂O/Pt复合空心微球,通过改变n₍Ti⁴⁺)∶n_Cu2+和H₂Pt Cl₆·6H₂O溶液的加入量对TiO₂的形貌和结构进行调控,采用不同的方法对不同样品的物相及结构、微观形貌和光学性能进行了对比分析。分析结果表明,复合材料中Pt与Cu₂O的引入产生协同效应,不仅在一定程度上阻止了电子-空穴的复合,还降低了禁带宽度,在可见光区域光吸收明显增强。与TiO₂、Cu₂O和TiO₂/Cu₂O光催化剂相比较,TiO₂/Cu₂O/Pt降解有机污染物的能力显著增强,首次光照120 min可降解93%的甲基橙(MO)溶液,4次循环后降解率为71%,具有良好的光催化...     

单层石墨相氮化碳负载Pt4团簇吸附O2的第一性理论研究

采用第一性原理密度泛函理论结合周期性平板模型模拟研究了Pt₄团簇吸附单层石墨相氮化碳(g-C₃N₄)的几何结构和电子性质,以及氧气在其表面上的吸附行为。同时,对比分析了氧气在纯净的石墨相氮化碳和Pt₄团簇上的吸附行为。计算结果表明, Pt₄团簇吸附在3-s-三嗪环石墨相氮化碳表面,并与四个边缘氮原子成键,形成两个六元环时为最稳定构型。Pt₄团簇倾向于吸附在三嗪环石墨相氮化碳的空位并与邻近三个氮原子成键。由于Pt与N原子较强的杂化作用,以及金属与底物之间较多电子转移增强了Pt₄团簇吸附g-C₃N₄的稳定性。另外,对比分析了氧气在纯净的g-C₃N₄和金属吸附的g-C₃N₄上吸附行为,发现金属原子的加入促进了电子转移,同时拉长了O―O键长。Pt₄吸附3-s-三嗪环g-C₃N₄比Pt₄吸附三嗪环g-C₃N₄表现出微弱的优势,表现出明显的基底扭曲以及较大的吸附能。这些结果表明,化学吸附通过调节电子结构和表面性质增强催化性能的较好方法。     

一个基于[Cu4(μ2-OH)2N12]的10-连接3D配合物的合成、结构和光催化性质

通过扩散法合成了一个新的配位聚合物{[Cu₂（OH）（btre）_1.5（1,2,4-btc）]·13H₂O}_n（1·13H₂O）（btre=1,2-二（4H-1,2,4-三唑）乙烷,1,2,4-btc=1,2,4-苯三甲酸根）。测试了1·13H₂O的晶体结构,并用红外光谱、元素分析、粉末X射线衍射对其进行表征。单晶X射线衍射表明1是基于四核铜簇[Cu₄（μ₂-OH）₂N₁₂]构筑的10-连接的3D框架,其拓扑符号为3¹²·4²⁸·5⁵。研究了1·13H₂O的热稳定性以及对甲基橙的催化降解作用。     

氯化锂插层氮化碳材料的可控制备及吸附性能

近年来, 有机废水对环境造成的污染已经引起了广泛的关注. 吸附法操作简单, 已经被广泛用于处理染料废水.通过在类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)上用氯化锂(LiCl)插层制备了一系列Li/GCN-x复合材料, 并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、N₂-吸脱附、场发射扫描电子显微镜(SEM)以及X射线光电子能谱(XPS)等对所得吸附剂的形貌和结构进行了表征. 测试结果表明, g-C₃N₄具有明显的层状结构, 使得LiCl在层间能够稳定地生长. LiCl的加入使得g-C₃N₄晶格膨胀, 层间距扩大, 表明LiCl成功插层. 此外, 插层后Li/GCN的比表面积远大于g-C₃N₄, 扩大的比表面积以及形成的 π 共轭体系使得Li/GCN在吸附方面具有较大的潜力. 通过控制实验条件, 研究了Li/GCN对有机染料亚甲基蓝(MB)的吸附性能. 结果表明, Li/GCN-5吸附剂在pH为6时, 5 min吸附量可达704 mg•g^–1. 通过动力学拟合, Li/GCN对MB的吸附过程是由准二级动力学模型占主导地位. 进一步通过Weber-Morris模型探究吸附控制过程, 结果表明MB的吸附由表面扩散和孔内扩散共同作用, 其中表面扩散占主导, 且新增官能团与MB分子间可形成氢键, 并通过π-π键相互作用增强吸附能力. 采用共混热聚合法所制备的Li/GCN吸附剂具有稳定、均一、比表面积大等优点, 且简单快速地实现对MB的吸附, 克服了常用吸附剂动力学缓慢的缺点, 为该材料的工业化应用提供一定的借鉴.     

纳米银/二维石墨相氮化碳/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其光催化降解抗生素

为优化石墨相氮化碳(g-C₃N₄)光催化剂的结构,改善其对污染物的降解性能,本文以三聚氰胺为前驱体,通过高温煅烧和热氧化剥离制备了二维石墨相氮化碳(2D-C₃N₄),并用光还原法一步合成纳米银/二维石墨相氮化碳/还原氧化石墨烯(Ag/2D-C₃N₄/rGO)复合光催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光光谱(PL)、X射线光电子能谱(XPS)、氮气吸附脱附等温曲线(BET)等对材料进行表征。 以头孢曲松钠为目标污染物,探究pH值、催化剂用量、头孢曲松钠初始浓度等因素对催化剂的吸附、降解性能的影响,并探究降解反应机理。 当pH=6.0,催化剂用量为0.3 g/L,头孢曲松钠初始浓度为10.0 mg/L时,复合材料对头孢曲松钠的降解率可达到89.1%。 催化剂的稳定性较强,具有实际应用价值,可用于处理含头孢类抗生素的废水。     

石墨相氮化碳纳米管的合成及光催化产氢性能

通过硬模板法,采用氰胺前驱物和二氧化硅纳米管(SiO₂-NTs)模板,合成石墨相氮化碳纳米管(CN-NTs)光催化剂。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、氮气吸附/脱附测试、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱、热重分析(TGA)等手段对CN-NTs催化剂的结构与性能进行表征。结果表明,CN-NTs的化学组成是石墨相氮化碳(g-C₃N₄),形貌为均匀的纳米管,且是介孔材料。与体相氮化碳(B-CN)和介孔石墨相氮化碳(mpg-CN)相比,CN-NTs的光吸收带边蓝移到440 nm,荧光发射谱的峰强减弱。在可见光(λ>420 nm)照射下,CN-NTs具有较高的光催化分解水活性,产氢速率为58 μmol/h,且表现出良好的光催化活性稳定性和化学结构稳定性。研究结果表明纳米管状结构能有效促进g-C₃N₄半导体激子解离,提高光生电子-空穴的分离效率,进而显著优化g-C₃N₄的光催化产氢性能。     

磁性壳聚糖/Fe3O4/氧化石墨烯吸附剂的制备及其多染料吸附性能

为了提高壳聚糖的多染料吸附性能并使其便于固液分离,采用共沉淀法制备了壳聚糖、磁铁矿纳米颗粒、氧化石墨烯复合磁性吸附剂(CS/Fe₃O₄/GO)。系统的结构表征显示,CS包覆的Fe₃O₄磁性纳米颗粒均匀地分布在GO的表面。CS/Fe₃O₄/GO具有高达42.5 emu·g-1的室温铁磁性,因此可在外加磁场中实现高效固液分离。研究表明,CS/Fe₃O₄/GO对亚甲基蓝(MB)、甲基橙(MO)和刚果红(CR)等多种染料具有良好的吸附性能,溶液的pH、初始浓度和吸附时间对其多染料吸附性能具有显著影响。在最佳条件下,CS/Fe₃O₄/GO对MB、MO和CR的吸附量分别达到210.6、258.6和308.9 mg·g-1。CS/Fe₃O₄/GO具有优异的循环利用性能,经5次循环后仍能保留90%以上的原始吸附量。采用吸附等温线和吸附动力学对...     

基于g-C3N4/P25复合光电敏感体系的中草药抗氧化容量测定

采用粒径为25 nm的锐钛矿和金红石型混合相二氧化钛(TiO₂)材料(P25)替代常规锐钛矿型TiO₂, 制备了基于石墨氮化碳(g-C₃N₄)/混合相TiO₂(g-C₃N₄/P25)的可见光激发光电敏感体系. 研究结果表明, 石墨氮化碳(g-C₃N₄)大的平面结构不仅能够成为TiO₂纳米材料合适的高分散载体, 其高效载流子传输能力还赋予了复合体系优异的光电性能. 当g-C₃N₄掺杂质量分数仅为0.5%时, 复合体系的光电流响应信号可提高至原来的4.5倍, 增敏效果最好. 该光敏体系的研制显著简化了制备工艺并降低了成本, 同时有效提高了体系的可见光利用效率. 基于该g-C₃N₄/P25光电敏感复合体系, 首次采用光电化学方法实现了中草药抗氧化容量的测定, 为量化中药体系抗氧化性能评估提供了新的思路.     

氧化/还原预处理对Cu2O/AC催化甲醇氧化羰基化的影响

将醋酸铜热解制备的Cu₂O/AC(活性炭)催化剂,在氧化(O₂/N₂)和还原(H₂/N₂、CO/N₂)气氛下进行预处理。350 ℃下预处理4 h,氧化气氛中Cu₂O完全被氧化为CuO,还原气氛中Cu₂O被还原为单质铜。经CO/N₂预处理的催化剂表面Cu⁰分散性好,催化活性显著升高。在常压固定床微型反应装置上测试,在140 ℃的反应温度下,碳酸二甲酯的时空收率和选择性分别达到了261.9 mg/(g·h)和74.7%。反应后,还原气氛(H₂/N₂、CO/N₂)预处理的催化剂与Cu₂O/AC催化剂中铜物种价态组成趋于一致,催化活性亦趋于一致。关联反应前后催化剂表面铜物种的变化和催化活性的差异,可以认为Cu⁰具有较高的初始催化活性,Cu₂O活性和价态均较为稳定,CuO活性较低。     

1-辛基-3-甲基咪唑功能化石墨片负载氧化亚铜催化二氧化碳电还原制乙烯

电催化还原二氧化碳制备乙烯是备受关注的热点问题,高效催化剂的制备是决定乙烯产率的关键因素。本文在1-辛基-3-甲基咪唑氯的水溶液(OmimCl : H₂O = 1 : 5,体积比)中通过电剥离石墨棒制备了1-辛基-3-甲基咪唑功能化石墨片(ILGS),在水溶液中负载氧化亚铜后得到氧化亚铜/1-辛基-3-甲基咪唑功能化石墨片复合材料(Cu₂O/ILGS),通过透射电镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱和X射线衍射对其组成和结构进行了系统研究,发现ILGS由多层石墨烯组成,表面富含缺陷。这些缺陷被1-辛基-3-甲基咪唑通过共价键修饰,形成类似鸟巢状的微结构,平均直径5 nm的Cu₂O纳米颗粒在石墨片表面均匀分散。在0.1 mol∙L⁻¹碳酸氢钾水溶液中,研究了Cu₂O/ILGS在不同电压下催化CO₂电还原的性能。结果表明,Cu₂O是主要活性中心并在CO₂还原过程中被逐渐还原成铜,导致产物的法拉第效率随着反应时间而变,在−1.3 V (vs RHE)电压下,乙烯的法拉第效率最高达到14.8%,其性能归因于Cu₂O/ILGS复合材料中的鸟巢状微结构对Cu₂O纳米颗粒的稳定作用。     

C3N5光催化制氢性能的系统研究

基于半导体的光催化制氢是解决当前日益增长的能源危机与环境污染等问题的有效选择之一.长期以来,设计具有不同结构与吸光特性的有机及无机半导体材料,开发廉价高效的助催化剂,构筑半导体异质结体系,探索实用研究装置等均受到广泛研究.其中氮化碳材料在过去十年中吸引了较大关注,但其光催化性能受到带隙较宽(代表材料C3N4的带隙为~2.7 e V)的限制.近年来,富氮型氮化碳(C₃N₅)材料因带隙更窄,在光催化污染物去除、光电能源转化和气体传感等领域被广泛研究,但其光催化制氢性能的系统研究尚未见报道.本文以3-氨基-1,2,4-三唑为原料,通过热处理制备C₃N₅,并对其光催化制氢性能进行了系统研究.X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、CHNS元素分析及红外光谱等表征结果确认成功制备了C₃N₅材料.同时,采用化学还原法(Na BH4为还原剂)负载Pt助催化剂并未对C₃N₅的结构及形貌造成影响;XRD,TEM及XPS结果表明,Pt以单质形态分散在C₃N₅材料上.紫外可见漫反射光谱(DRS)分析表明,C₃N₅在400~600 nm范围的可见光区具有强吸收,对600~800 nm范围的近红外光区也有一定的吸收能力.对Pt-C₃N₅材料的光催化制氢反应条件进行优化,以获得较好的催化活性.循环测试及光照后样品的XRD及DRS表明,C₃N₅具有良好的光催化稳定性.对比实验结果表明,负载1.0wt%Pt助催化剂时,C₃N₅的制氢速率约为C3N4的2.2倍.分析结果表明,比表面积及导带位置不是造成两种氮化碳材料光催化性能差异的主要因素.DRS、荧光光谱及光电流行为实验结果表明,C₃N₅具备更宽的可见光吸收范围,更窄的带隙及更快的光生e-/h+分离效率.采用包括原位红外在内的系列表征手段对水分子在材料表面的吸附性能进行研究,发现C₃N₅表面可以吸附更多的水分子,有利于表面水还原反应的进行.综上,本文为富氮型氮化碳材料的开发及其较高光催化活性的内在机制研究提供了新的见解.     

石墨相氮化碳/蒙脱石复合材料的制备及其可见光催化性能

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。     

新型石墨化氮化碳/锡/氮掺杂碳复合物的制备及储钠性能

钠离子电池锡负极因具有较高的理论容量(847 mA·h/g)、 高电导率和合适的工作电位而备受关注. 但锡基负极材料在循环过程中会发生巨大的结构变化, 进而导致活性材料粉化失活和比容量的快速下降. 本文成功制备了基于石墨氮化碳(g-C₃N₄)、 聚多巴胺衍生的氮掺杂碳(NC)和Sn纳米颗粒的复合物(g-C₃N₄/Sn/NC), 其中Sn纳米颗粒包埋在石墨氮化碳和氮掺杂碳中. 在此多层分级结构中, g-C₃N₄和NC的引入可以显著加速电子/离子的传输及电池反应动力学, 从而有助于Sn和钠离子之间的合金化反应; 此外, 这种复合结构有助于保持电极材料的结构稳定性, 进而可以获得优异的储钠性能. 作为钠离子电池负极材料, g-C₃N₄/Sn/NC在0.5 A/g电流密度下经历100次循环, 可逆容量可以达到450.7 mA·h/g; 在1.0 A/g电流密度下, 比容量为388.3 mA·h/g; 此外, 在1.0 A/g电流密度下, 经过400次循环后其比容量依旧能达到363.3 mA·h/g.     

改性活性炭纤维可见光催化联合脱硫脱硝的研究

利用水合肼还原法制备的TiO₂/Cu₂O复合光催化剂对活性炭纤维(ACF)进行改性,利用SEM、XPS、BET以及XRD对其进行表征,研究改性后ACF的性质及其脱硫脱硝效果。研究表明,TiO₂/Cu₂O同时改性后的ACF表面孔径减小,但表面石墨碳和羰基(C=O)官能团增加,增强了ACF对NO和SO₂的吸附能力,从而提高了脱硫脱硝的效率,该催化剂在40℃、可见光的催化下脱硫效率达90%,脱硝效率达60%。