Fe掺杂g-C3N4的制备及其可见光催化性能

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g-C₃N₄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.     

ITO/g-C3N4异质结催化剂的制备及其光解水产氢性能

采用低温热解法合成出g-C₃N₄和In₂O₃:Sn(ITO)催化剂粉体,通过静电引力作用将少量ITO纳米粉体分散在g-C₃N₄粉体颗粒表面制成ITO/g-C₃N₄异质结光催化剂。在可见光模拟系统中以乙醇为牺牲剂,检测氢气生成速率表征催化剂的光催化性能, 并借助X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光漫反射吸收光谱(UV-Vis)等对催化剂粉体进行了表征。实验结果表明, ITO附着在g-C₃N₄颗粒表面有利于光生电子的转移和光解水析氢反应。ITO/g-C₃N₄催化剂较之纯g-C₃N₄催化剂活性显著提高。当ITO附着量为4%时,析氢速率可稳定在350 μmol·g^-1·h^-1。     

Pt/g-C3N4/KB纳米复合催化剂的制备及其甲醇氧化性能

采用溶液中等离子放电法制备出了Pt纳米颗粒,用热氧化刻蚀和水热法成功的对石墨相氮化碳（g-C₃N₄）进行处理进而均匀吸附在科琴黑（KB）表面,最终制备出了Pt/g-C₃N₄/KB纳米复合催化剂。通过XRD分析,扫描电镜,透射电镜和电化学工作站探究了催化剂的组成、结构、颗粒大小以及电化学性能。Pt/g-C₃N₄/KB纳米复合催化剂展现出了良好的甲醇电氧化性能,性能的提升可能是由于g-C₃N₄良好的化学稳定性,N元素的存在改变Pt外层电子结构从而提高催化活性,这些因素提高了Pt的催化效率。     

g-C3N4-BiOBr复合材料制备及可见光催化性能

利用原位沉积法将BiOBr纳米片生长到g-C₃N₄表面,制得g-C₃N₄-BiOBr p-n型异质结复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)和荧光光谱(PL)等测试对光催化剂结构和性能进行表征。通过可见光辐照降解甲基橙水溶液检测评估复合光催化剂光催化活性。研究结果表明:复合光催化剂由BiOBr和g-C₃N₄两相组成,BiOBr纳米片在片状g-C₃N₄表面快速形核生长形成面-面复合结构。相比于纯相g-C₃N₄和BiOBr,g-C₃N₄-BiOBr复合材料具有更强可见光吸收能力,吸收带边红移。在可见光辐照100 min后,性能最佳的2:8 g-C₃N₄-BiOBr复合光催化剂光催化活性分别是纯相g-C₃N₄和BiOBr的1.8和1.2倍,经过4次循环实验后,其降解率仍达84%,说明复合结构光催化剂催化性能和稳定性增强。复合光催化剂的荧光强度显著降低,说明光生载流子复合得到了有效抑制。复合光催化剂催化性能的提高归因于p-n型异质结促进电荷有效分离、抑制电子-空穴复合和吸收光波长范围的扩展,相比单一成分材料具有更好的催化活性和稳定性。自由基捕获实验证明,可见光降解甲基橙光催化过程中的主要活性成分为空穴,并据此提出了可能的光催化机理。     

碳化MoS2/掺硫g-C3N4异质结的合成及其在可见光下催化降解罗丹明B机理

为了进一步提高聚合物半导体类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）降解有机物的活性,通过简单的水热法复合得到碳化MoS₂/掺硫g-C₃N₄异质结（MoSC/S-CN）,并在可见光下研究其罗丹明B （RhB）的降解性能。结果表明,相较于纯g-C₃N₄,最优化的MoSC/S-CN样品对可见光的吸收范围得到明显拓宽,并且在100 min内对RhB的降解效率为92.5%,比纯g-C₃N₄性能提高68.83%。一系列的结构和光学性质表明,掺硫后再进一步与碳化MoS₂耦合可以协同作用于g-C₃N₄,改善g-C₃N₄的能带结构,加速光生电子空穴对的分离,有效提高光催化活性。     

中空花状可见光响应催化剂g-C3N4@BiOCl的制备及其光催化活性

以g-C₃N₄/H₂SO₄溶液和硝酸铋为前驱体,采用自组装法制备了中空花状且具有可见光响应能力的异质结光催化剂g-C₃N₄@BiOCl。利用X射线衍射、电子扫描显微镜、高分辨透射电镜、X射线能谱、紫外可见漫反射光谱及X射线光电子能谱等表征手段确证了催化剂的结构。该催化剂能够有效地实现光生电子-空穴的分离,表现出优异的可见光催化活性。通过对50 mg·L^-1罗丹明B的降解实验验证了g-C₃N₄@BiOCl的光催化活性,在可见光条件下（λ≥420 nm）的降解效率优良,12 min即可达到99%。     

静电纺丝制备g-C3N4/C纳米纤维及其可见光降解性能

采用g-C₃N₄纳米片与聚丙烯腈进行静电复合纺丝,再经预氧化和碳化制得g-C₃N₄/C纳米纤维。利用傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱（Raman）和扫描电子显微镜（SEM）对样品结构和形貌进行表征,通过紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）分析可见光响应性。研究表明,复合纳米纤维对罗丹明B表现出较好的可见光降解活性,源于无定形相/石墨相混合结构的碳基体能够降低g-C₃N₄的光生电子-空穴对复合的几率。复合纳米纤维膜在光催化降解搅拌条件下始终能保持完整,经过多次回收和光催化实验,对罗丹明B的光降解率依然较高,表现出较优异的循环利用稳定性。     

GO/TiO2-g-C3N4纳米复合材料的制备及可见光催化性能

以水热法制备的20% g-C₃N₄/TiO₂（20%为质量分数）为基,将其与不同质量分数的氧化石墨烯（GO）复合制备出可见光催化性能优良的GO/TiO₂-g-C₃N₄三元复合材料。利用X射线衍射（XRD）、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）、光致荧光光谱（PL）、瞬态光电流响应等分析测试手段对样品的结构、形貌和光电性能进行表征。研究了不同质量分数GO的加入对GO/TiO₂-g-C₃N₄在可见光下降解亚甲基蓝（MB）溶液的影响。结果表明： g-C₃N₄/TiO₂与GO复合后,锐钛矿相TiO₂颗粒形成小团簇附着在g-C₃N₄和GO片层表面,且当GO含量为15%时,TiO₂形成的团簇最小,对可见光的吸收最多且光生电子-空穴对的复合率最低。可见光照射下,15% GO/TiO₂-g-C₃N₄复合材料对MB的降解率在3 h内可达98.4%,且其降解速率常数（0.022 4 min^-1）分别是纯TiO₂（0.001 5 min^-1）和g-C₃N₄/TiO₂（0.002 5 min^-1）的15倍和9倍。     

单分散g-C3N4量子点修饰一维棒状BiPO4微晶的合成及其对光催化活性增强机理

利用水热法合成了一维棒状BiPO₄微晶,在此基础上采用浸渍-被烧法进行g-C₃N₄量子点表面修饰获得新颖的g-C₃N₄/BiPO₄异质结。借助X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(HRTEM)、能谱(EDS)、紫外-可见漫反射(UV-Vis-DRS)等测试手段对所得样品的相组成、形貌和谱学特征进行了表征。选择罗丹明B(RhB)和苯酚作为模型污染物研究了所得在可见光下的催化活性。结果表明,样品16%(w/w) g-C₃N₄/BiPO₄对RhB降解的速率常数分别是纯和的g-C₃N₄和BiPO₄的16倍和4.6倍。g-C₃N₄量子点与BiPO₄之间形成异质结,抑制了光生电子-空穴对的复合,从而提高了催化剂的活性。自由基捕获实验进一步表明,超氧负离子自由基(·O₂-)是催化降解RhB和苯酚的主要活性物种。     

g-C3N4碳位掺杂电学及光学性质的分析

使用第一性原理研究了C位掺杂的g-C₃N₄的电学性质和光学性质,掺杂原子为B、P、S. g-C₃N₄有C1位和C2 位两种对称位碳原子,其中在C1 位上的掺杂易于C2 位,掺杂体系也较C2 位稳定. 相比于磷和硫在g-C₃N₄上的掺杂,硼掺杂最易于进行. 掺杂后体系的晶体结构之间差别较大,这与掺杂原子的大小以及电负性有关. 由轨道布居分布可知,掺杂后的硼、磷、硫原子价电子发生了变化,表明掺杂原子发生了杂化,与相邻原子以强的共价键相连. 掺杂原子与被取代的碳原子之间的价电子差异导致了能带的增加. 在原来的体系中,掺杂后的体系出现了一条新的能带,因此导致实际带隙下降,表明了掺杂后的体系导电性能增强. 对纯g-C₃N₄及掺杂g-C₃N₄的光学性质分析表明,g-C₃N₄的光学吸收主要在紫外光区,掺杂磷和硫后对g-C₃N₄的光吸收波长范围无改变,掺杂硼后的g-C₃N₄光吸收不再局限于紫外光区,而且延伸至可见光区和红外光区,并在红外光区有很强的吸收,表明g-C₃N₄掺杂硼后能大大地提高光催化效率. 电子能量损失光谱和光导率谱以及介电常数都佐证了上述观点.     

静电纺丝制备g-C3N4/C纳米纤维及其可见光降解性能

采用g-C_3N_4纳米片与聚丙烯腈进行静电复合纺丝,再经预氧化和碳化制得g-C_3N_4/C纳米纤维。利用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)对样品结构和形貌进行表征,通过紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)分析可见光响应性。研究表明,复合纳米纤维对罗丹明B表现出较好的可见光降解活性,源于无定形相/石墨相混合结构的碳基体能够降低g-C_3N_4的光生电子-空穴对复合的几率。复合纳米纤维膜在光催化降解搅拌条件下始终能保持完整,经过多次回收和光催化实验,对罗丹明B的光降解率依然较高,表现出较优异的循环利用稳定性。     

一锅法制备Co3O4/g-C3N4复合光催化剂及其光催化性能

以三聚氰胺和六水合氯化钴为原料,一锅法制备Co_3O_4负载的多孔石墨相氮化碳(Co_3O_4/g-C_3N_4)复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、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-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光光谱(PL)等手段对其结构和光学特性进行表征。以盐酸四环素(TC)为目标污染物,评价了不同负载量Co_3O_4/g-C_3N_4复合光催化剂的可见光催化性能。结果表明,所制备的Co_3O_4/g-C_3N_4复合光催化剂为多孔结构,其比表面积较大,并在可见光区域具有显著的吸收。利用原位生成的Co_3O_4纳米粒子在氮化碳表面形成异质结构,可有效转移光生载流子,降低光生电子-空穴的再结合率,从而提高光催化活性。并且存在最佳Co_3O_4复合量,当六水合氯化钴加入量为三聚氰胺的8%(w/w)时,所制备的复合光催化剂CoCN-8具有最佳的光催化性能。在可见光的照射下,60 min内可降解85%的TC,而同样条件下,纯g-C_3N_4仅降解23%的TC。     

C/g-C3N4/MoS2复合材料的制备及光催化性能

首先以尿素和葡萄糖为前驱体,通过热缩合方法制备了C/g-C₃N₄,然后利用溶剂热法合成C/g-C₃N₄/MoS₂三元复合材料。通过不同的手段对其进行了表征,结果表明,与C/g-C₃N₄相比,该三元复合材料不仅具有更强的光吸收性能和更大的表面积,而且更有利于电子的转移。同时对其可见光催化降解甲基橙性能进行研究,结果发现,C/g-C₃N₄/MoS₂-2.0%复合材料(含有质量分数为2.0%的MoS₂)表现出最高的反应速率常数(0.0086 min^-1),分别为g-C₃N₄/MoS₂-2.0%(0.0015 min^-1)和C/g-C₃N₄(0.0036min^-1)的5.7倍和2.3倍。     

g-C3N4-BiOBr复合材料制备及可见光催化性能

利用原位沉积法将Bi OBr纳米片生长到g-C_3N_4表面,制得g-C_3N_4-Bi OBr p-n型异质结复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)和荧光光谱(PL)等测试对光催化剂结构和性能进行表征。通过可见光辐照降解甲基橙水溶液检测评估复合光催化剂光催化活性。研究结果表明:复合光催化剂由Bi OBr和g-C_3N_4两相组成,Bi OBr纳米片在片状g-C_3N_4表面快速形核生长形成面-面复合结构。相比于纯相g-C_3N_4和Bi OBr,g-C_3N_4-Bi OBr复合材料具有更强可见光吸收能力,吸收带边红移。在可见光辐照100 min后,性能最佳的2:8 gC_3N_4-Bi OBr复合光催化剂光催化活性分别是纯相g-C_3N_4和Bi OBr的1.8和1.2倍,经过4次循环实验后,其降解率仍达84%,说明复合结构光催化剂催化性能和稳定性增强。复合光催化剂的荧光强度显著降低,说明光生载流子复合得到了有效抑制。复合光催化剂催化性能的提高归因于p-n型异质结促进电荷有效分离、抑制电子-空穴复合和吸收光波长范围的扩展,相比单一成分材料具有更好的催化活性和稳定性。自由基捕获实验证明,可见光降解甲基橙光催化过程中的主要活性成分为空穴,并据此提出了可能的光催化机理。     

Novel visible-light-driven photocatalyst of NiO/Cd/g-C3N4 for enhanced degradation of methylene blue

Novel NiO/Cd/g-C₃N₄ photocatalysts were synthesized using a green and straightforward microwave-assisted method and characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), the Brunauer–Emmett–Teller (BET) method, transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and ultraviolet–visible spectroscopy (UV–Vis). The ternary NiO/Cd/g-C₃N₄ nanocomposites were evaluated for the degradation of methylene blue (MB) at room temperature under the visible light irradiation. Experimental results revealed that the weight percent of cadmium had a remarkable effect on the photodegradation efficiency. The NiO/Cd/g-C₃N₄ (0.1%) sample exhibited superior activity in the degradation reaction. The activity of this nanocomposite was about 4.5 and 3.25 fold higher than those of the pure g-C₃N₄ and NiO/g-C₃N₄ samples in the degradation of MB, respectively. The enhanced photocatalytic activity was attributed to the low energy gap, increased absorption capacity of the visible light, and efficient suppression of the recombination of photogenerated electron-hole pairs. A detailed photocatalytic mechanism over the nanocomposite of NiO/Cd/g-C₃N₄ (0.1%) was proposed with superoxide radical anion O₂^– as the main reactive species. The stability of the nanocomposite was confirmed after four consecutive runs as well.     

Advantageous Interfacial Effects of AgPd/g-C3N4 for Photocatalytic Hydrogen Evolution: Electronic Structure and H2O Dissociation

Bimetallic AgPd nanoparticles have been synthesized before, but the interfacial electronic effects of AgPd on the photocatalytic performance have been investigated less. In this work, the results of hydrogen evolution suggest that the bimetallic AgPd/g-C₃N₄ sample has superior activity to Ag/g-C₃N₄ and Pd/g-C₃N₄ photocatalysts. The UV/Vis diffuse reflectance spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, CO adsorption diffuse reflectance FTIR spectroscopy, and FTIR results demonstrate that in the AgPd/g-C₃N₄, the surface electronic structures of Pd and Ag are changed, which is beneficial for faster photogenerated electron transfer and greater H₂O molecule adsorption. In situ ESR spectra suggest that, under visible light irradiation, there is more H₂O dissociation to radical species on the AgPd/g-C₃N₄ photocatalyst. Furthermore, DFT calculations confirm the interfacial electronic effects of AgPd/g-C₃N₄, that is, Pd^δ−⋅⋅⋅Ag^δ+, and the activation energy of H₂O molecule dissociation on AgPd/g-C₃N₄ is the lowest, which is the main contributor to the enhanced photocatalytic H₂ evolution.     

One-step fabrication and high photocatalytic activity of porous graphitic carbon nitride/graphene oxide hybrid by direct polymerization of cyanamide without templates

Graphene oxide modified porous g-C₃N₄ (porous g-C₃N₄/GO) had been synthesized by means of one-step calcination of cyanamide for efficient photocatalysis under visible light irradiation (λ > 400 nm). We expect that the photocatalytic activity of this hybrid photocatalyst could be enhanced by the efficient visible light absorption due to the porous structure and efficient photo generated charge separation at the heterojunction formed between porous g-C₃N₄ and GO. Scanning electron microscopy (SEM) images demonstrated that the as prepared photocatalyst is composed of GO and porous g-C₃N₄. The UV-vis diffuse reflectance spectrum shows that optical absorption of porous g-C₃N₄/GO is more intensive than for pristine g-C₃N₄. The enhanced generation of photocurrent under visible light irradiation (λ > 400 nm) is observed for the porous g-C₃N₄/GO. The results of photocatalytic experiments reveal that the pseudofirst-order kinetic constant of photocatalytic degradation of methylene blue (MB) using the porous g-C₃N₄/GO is 6 times higher than that of pristine g-C₃N₄.