废生物质衍生碳修饰多孔石墨氮化碳异质结用于海水中氧四环素的高效光降解

以香蕉皮(BP)和尿素为原料,采用单步热处理工艺合成了一种无金属光催化剂。生物质衍生碳(BC)与多孔石墨相氮化碳(pg-C₃N₄)间的紧密界面效应显著增加了复合材料(pg-C₃N₄/BC)的比表面积,扩大了光响应范围,并提升了光诱导电子的迁移速率及光催化剂的稳定性。在可见光照射70 min后,pg-C₃N₄/BC降解人工海水中氧四环素(OTC)的反应速率常数为pg-C₃N₄的9.4 倍。另外,由于光生电荷分离和转移的促进作用,pg-C₃N₄/BC 在连续流反应过程中对 OTC 也具有更优异的光催化降解效果。此外,提出了一种潜在的光催化机制,以解释pg-C₃N₄/BC复合材料性能增强的原因。     

Ⅱ型TiO2/g-C3N4异质结的构筑促进高效光催化U(Ⅵ)还原

采用水热法将TiO₂纳米片修饰在中空管状g-C₃N₄上制备了TiO₂/g-C₃N₄(T-CN)复合催化剂。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和光电流响应等对其形貌、结构和光物理性能进行了表征。结果表明,TiO₂纳米片均匀地分散在中空管状g-C₃N₄表面,两者紧密结合形成异质结。TiO₂与g-C₃N₄的质量比为20%时制得的T-CN-20复合催化剂在60 min内对U (Ⅵ)的去除率为85.64%,是纯相g-C₃N₄的6.7倍。在10倍高浓度阳离子共存条件下的去除率仍大于69.8%,且具有优良的结构稳定性。对光催化产物分析可知,T-CN将U (Ⅵ)还原为难溶的U (Ⅳ)(63.68%)以去除铀,可有效解决含铀核废水中的U (Ⅵ)污染问题。根据能带理论分析,提出了复合催化剂异质结的Ⅱ型光催化机理。     

多孔超薄g-C3N4纳米片负载Pt复合材料的制备及其光催化性能

以三聚氰胺为前驱体,通过热氧化刻蚀法制备多孔超薄g-C₃N₄纳米片（CNHS）,将其与氯铂酸钾溶液混合后采用原位光化学还原法成功制备了CNHS负载Pt光催化剂（Pt-CNHS）。使用粉末X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、透射电子显微镜、紫外可见漫反射光谱和N₂吸附-脱附测试等技术对所制备样品的结构、形貌、光吸收特性、光电化学性能和比表面积等进行系统分析。并以气相甲苯为目标降解物,研究其光催化性能。结果表明,相对于体相g-C₃N₄（CNB）和CNHS,Pt的引入可以有效增强催化剂对可见光的吸收能力、响应范围及载流子分离效率。与纯g-C₃N₄和CNHS相比,Pt-CNHS在紫外和可见光照射下均表现出更高的光催化降解气相甲苯的活性。此外,也对Pt-CNHS光催化剂在可见光照射下降解气相甲苯的反应历程做了初步研究。     

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。     

g-C3N4纳米管的制备及其光催化降解性能

以三聚氰胺和碳酸氢铵混合物为原料,采用简便热解法制备g-C₃N₄纳米管。热解过程中碳酸氢铵分解释放出大量的NH₃,能够诱导纳米管的形成。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（IR）、N₂吸附-脱附、紫外-可见漫反射光谱以及紫外可见光谱（UV）等分析测试方法对该光催化剂的微观形貌结构和催化性能进行了表征。以罗丹明光催化降解为模型反应研究了g-C₃N₄纳米管的光催化活性。g-C₃N₄纳米管的表面积明显增大,且能够有效地促进光生电子转移,在可见光下具有较强的光催化性能,降解率在60和120 min时分别能达到95%和99.4%,且循环重复利用5次后降解率不低于92%。     

Ag/质子化g-C3N4纳米棒材料的制备及其光催化降解性能

制备了 Ag 负载于质子化 g-C₃N₄(pCN)的纳米棒材料(Ag/pCN),对比了 g-C₃N₄(CN)、表面负载 Ag 的 CN(Ag/CN)、pCN 和 Ag/pCN在可见光条件下光催化降解亚甲蓝(MB)溶液的效果。结果表明,Ag/pCN光催化效率最高(92.63%),并且具有良好的稳定性;通过光电流-时间(I-t)曲线、Nyquist曲线、Mott-Schokkty曲线和捕获实验探究了Ag/pCN光催化降解MB的机理：虽然pCN的π共轭体系较CN发生变化,但由于形成了纳米棒,其比表面积的增加以及Ag负载的协同效应致使Ag/pCN具有优异的光催化性能。光催化过程中羟基自由基(·OH)是起主要作用的活性物质,其由光生电子(e^-)与表面吸附的 O₂反应产生以及光生空穴(h⁺)与H₂O或OH^-反应产生。     

Ag/质子化g-C3N4纳米棒材料的制备及其光催化降解性能

制备了 Ag 负载于质子化 g-C₃N₄(pCN)的纳米棒材料(Ag/pCN),对比了 g-C₃N₄(CN)、表面负载 Ag 的 CN(Ag/CN)、pCN 和 Ag/pCN在可见光条件下光催化降解亚甲蓝(MB)溶液的效果。结果表明,Ag/pCN光催化效率最高(92.63%),并且具有良好的稳定性;通过光电流-时间(I-t)曲线、Nyquist曲线、Mott-Schokkty曲线和捕获实验探究了Ag/pCN光催化降解MB的机理：虽然pCN的π共轭体系较CN发生变化,但由于形成了纳米棒,其比表面积的增加以及Ag负载的协同效应致使Ag/pCN具有优异的光催化性能。光催化过程中羟基自由基(·OH)是起主要作用的活性物质,其由光生电子(e^-)与表面吸附的 O₂反应产生以及光生空穴(h⁺)与H₂O或OH^-反应产生。     

g-C3N4纳米管的制备及其光催化降解性能

以三聚氰胺和碳酸氢铵混合物为原料,采用简便热解法制备g-C_3N_4纳米管。热解过程中碳酸氢铵分解释放出大量的NH3,能够诱导纳米管的形成。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)、N_2吸附-脱附、紫外-可见漫反射光谱以及紫外可见光谱(UV)等分析测试方法对该光催化剂的微观形貌结构和催化性能进行了表征。以罗丹明光催化降解为模型反应研究了g-C_3N_4纳米管的光催化活性。g-C_3N_4纳米管的表面积明显增大,且能够有效地促进光生电子转移,在可见光下具有较强的光催化性能,降解率在60和120 min时分别能达到95%和99.4%,且循环重复利用5次后降解率不低于92%。     

g-C3N4基复合分离膜的制备及光催化性能

利用g-C₃N₄纳米片表面的氨基与膜基底材料氯甲基化聚醚砜（CMPES）的苄氯基团发生化学交联反应,再通过相转化法制备出g-C₃N₄/CMPES复合膜。系统研究了g-C₃N₄纳米片的添加对复合膜的结构、形貌及过滤、光催化、抗污染性能的影响,并探讨其光催化降解牛血清白蛋白溶液（BSA）的机理。研究结果表明：g-C₃N₄纳米片与膜基底材料通过化学键相连接,有效提高了复合膜的光催化性能和稳定性。由于g-C₃N₄纳米片的亲水性和光催化作用,使复合膜表现出优异的过滤性能和抗污染性能。     

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%。     

Synthesis of graphitic carbon nitride through pyrolysis of melamine and its electrocatalysis for oxygen reduction reaction

Graphitic carbon nitride（g-C₃N₄） was synthesized via direct pyrolysis of melamine and its electrocatalysis toward oxygen reduction reaction was studied.The morphology and structures of the products were characterized by scanning electron microscope and X-ray powder diffractometer.It was found that higher pyrolysis temperature resulted in more perfect crystalline structure of the graphitic carbon nitride product.Electrochemical characterizations show that the g-C₃N₄ has electrocatalytic activity toward ORR through a two-step and two-electron process.     

炭球修饰g-C3N4材料的制备及其可见光光催化性能

利用水热法以葡萄糖和氮化碳(g-C_3N_4)为原料,成功地制备了炭球修饰氮化碳(C/g-C_3N_4)复合型光催化剂。通过X射线粉末衍射、扫描电镜、N_2吸附-脱附、紫外可见漫反射、表面光电压和电子顺磁共振分别对样品的结构、组成、形貌、比表面积和光学性能进行了表征。结果显示:直径约20 nm的炭球紧密地排列于g-C_3N_4表层,当葡萄糖与g-C_3N_4用量比(质量分数)为1%时,复合催化剂1%C/g-C_3N_4的光催化性能最好。C/g-C_3N_4与单一g-C_3N_4相比,不仅比表面积明显增大,还扩展了可见光的响应范围,且提高了催化剂光生电子与空穴的分离效率。在400 W金卤灯照射下,光线通过420 nm滤光片后,在80 min内1%C/g-C_3N_4对10μmol·L~(-1)的罗丹明B降解率高达87%,是纯g-C_3N_4在同样条件下催化性能的3倍,且稳定性良好。     

分级孔结构g-C3N4光催化剂的制备及性能

以单分散SiO2为模板,通过简单的一步煅烧法制备具有分级孔结构的g-C3N4。与体相g-C3N4相比,分级孔结构的g-C3N4不仅可见光吸收性能和比表面积得到提高,而且更有利于光生电子-空穴的分离。此外,具有分级孔结构的g-C3N4具有明显增强的可见光驱动的光催化产氢活性,当SiO2和二氰二胺质量比为1∶1时,制备所得g-C3N4(C3N4-2)产氢速率几乎是体相g-C3N4的18倍。     

离子热处理合成氮缺陷石墨相氮化碳及其光解水制氢性能

以尿素和二氰二胺为原料热聚合得到石墨相氮化碳,分别采用直接二次煅烧和熔盐离子热后热处理在不同温度下对产物进行后热处理,得到氮缺陷氮化碳CN和CNS。利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、透射电镜(TEM)等手段对所制备样品进行表征和分析,探讨了不同热处理温度和加热方法对催化剂微观聚合结构的影响;同时以光解水制氢为测试方法,考察了催化剂的可见光催化性能。结果表明,熔盐离子热更有利于氮化碳的层间聚合,得到高结晶度材料;在面内七嗪聚合单元中引入氮缺陷,产生末端氰基,优化电荷密度分布,增强电荷流动性;克服粒子尺寸效应,扩展催化剂的光吸收范围;当后热处理温度为500℃时,制备的CNS-500表现出优异的光解水制氢活性,是同温度下直接热处理得到的催化剂的3.84倍。     

Preparation of hollow nanospheres g-C3N4 loaded by Keggin type Cu mono-substituted heteropoly acid with enhanced visible-light harvesting and electron transfer properties for high-efficiency photocatalysis

Abstract

A series of heterojunction catalysts (CuCN-X) were successfully fabricated by loading the different amounts of Keggin type Cu mono-substituted heteropoly acid (HPW₁₁Cu) on the surface of hollow nanospheres g-C₃N₄ (HSCN). The HSCNs were prepared by using SiO₂ as a hard template. The chemical structure, porosity, morphology and electronic property of the prepared catalysts were investigated using XRD, SEM, N₂-absorption isotherm and XPS. The results indicated that the modified HSCN show prominent absorption in the visible light range and decrease the band gap. The greatly enhanced photocatalytic activity of obtained CuCN-X have been shown by the degradation of Rhodamine B (RhB), reduction of CO₂ and production of photocatalytic hydrogen under visible light irradiation. More significantly, CuCN-15 has shown significantly improved photocatalytic performance at 4.5, 3.5 and 3.3 times higher that of than HSCN for the degradation of RhB, reduction of CO₂ and production of photocatalytic hydrogen, respectively. Furthermore, the mechanism for the enhanced photocatalytic activity of CuCN-X is proposed to be due to the formation of heterojunction. The electrons can be rapidly transferred from HSCN to HPW₁₁Cu, in which facilitate charge separation and charge transfer.     

Facile Synthesis of Porous g-C3N4 with Enhanced Visible-Light Photoactivity

Porous graphitic carbon nitride (g-C₃N₄) was prepared by dicyandiamide and urea via the pyrolysis method, which possessed enhanced visible-light-driven photocatalytic performance. Its surface area was increased from 17.12 to 48.00 m²/g. The porous structure not only enhanced the light capture capacity, but also accelerated the mass transfer ability. The Di (Dicyandiamide)/Ur (Urea) composite possessed better photocatalytic activity for Rhodamine B in visible light than that of g-C₃N₄. Moreover, the Di/Ur-4:5 composite showed the best photoactivity, which was almost 5.8 times that of g-C₃N₄. The enhanced photocatalytic activity showed that holes and superoxide radical played a key role in the process of photodegradation, which was ascribed to the enhanced separation of photogenerated carriers. The efficient separation of photogenerated electron-hole pairs may be owing to the higher surface area, O dopant, and pore volumes, which can not only improve the trapping opportunities of charge carriers but also the retarded charge carrier recombination. Therefore, it is expected that the composite would be a promising candidate material for organic pollutant degradation.     

硝酸活化三聚氰胺前驱体对g-C3N4结构和可见光催化性能的影响

为缩短e-和h+的迁移途径而改善g-C3N4易发生光生载流子复合的缺陷,采用不同物质的量浓度的HNO3活化三聚氰胺前驱体,通过形成质子化氨基基团,制备了一系列x-HNO3-g-C3N4(x=1,2,3,4,5 mol·L^-1)光催化剂。采用N2物理吸附-脱附、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光光谱(PL)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、瞬态光电流响应谱(TCS)和电化学阻抗图谱(EIS)等测试手段对上述光催化剂进行了表征分析,以考察催化剂的结构与其光催化性能之间的影响作用规律。以罗丹明B(RhB)为模拟染料污染物,分别以x-HNO3-g-C3N4和直接煅烧三聚氰胺得到的g-C3N4为光催化剂,进行了可见光催化降解活性差异性能测试研究。由实验结果可知:3 mol·L^-1-HNO3-g-C3N4的光催化活性最高,相较于直接煅烧三聚氰胺得到的g-C3N4,在60 min内,其可将RhB的降解率从38%提高到99%。将3 mol·L^-1-HNO3-g-C3N4催化剂循环使用4次后,催化效果仍为99%。这是因为三聚氰胺前驱体经HNO3活化后,可使经热聚合制备而成的g-C3N4产品具有较高的聚合度,从而得到具有大比表面积的多层g-C3N4;此外,PL结果证明其荧光强度明显降低,而使载流子寿命获得了显著提高;EIS结果表明其载流子传输能力有了明显的增强,从而提高了g-C3N4的光催化活性。