g-C_3N_4修饰β-ZnMoO_4光催化降解磺胺二甲嘧啶:合成方法的影响、降解动力学及机理(英文)

在过去几十年中,钼酸盐在功能材料领域的应用备受关注.例如,半导体材料二价金属钼酸盐MMoO_4(M=Ca,Mg,Zn)在发光、催化、电容器、闪烁探测器等方面已有良好的应用.研究表明,钼酸锌在紫外或可见光照射下能够有效降解甲基橙、维多利亚蓝、苯酚等污染物.中国拥有丰富的钼资源,目前钼主要用于生产高强度钢.制备钼基高效除污除材料可作为钼资源的另一种高附加值利用模式.氮化碳(g-C_3N_4)作为一种低成本的光活性改性剂,可提高半导体材料的光催化性能.迄今为止,基于氮化碳复合材料的制备方法包括:原位水热合成、超声波复合、一步升温合成和沉淀法等.然而,很少讨论合成方法对复合材料性能的影响.本文以β-ZnMoO_4为主体材料,g-C_3N_4为修饰材料,首次制备了两者复合的新型光催化剂.采用不同的方法和条件制备了β-ZnMoO_4和β-ZnMoO_4/C_3N_4复合材料,探讨了合成方法对复合材料光催化性能的影响,并进一步研究了材料光催化降解磺胺二甲嘧啶的动力学和降解途径.以钼酸钠和硝酸锌为原料,在不同温度和时间条件下,采用水热法合成得到了两种不同形貌的β-ZnMoO_4材料.光催化降解实验结果显示,水热合成条件对催化剂的光催化活性影响很大,280℃水热条件下维持24 h,得到表面光滑的不规则微米颗粒(β-ZnMoO_4-280),其光催化活性高于180℃条件下获得的片状形貌的钼酸锌材料(β-ZnMoO_4-180).β-ZnMoO_4/C_3N_4复合材料通过原位水热法和超声法合成,结果显示,原位水热合成条件下获得的β-ZnMoO_4-180/C_3N_4光催化剂对磺胺二甲嘧啶表现出显著增强的降解能力.相比之下,在280℃水热条件下,C_3N_4颗粒发生逐步分解,且反应开始时C_3N_4颗粒会扰乱β-ZnMoO_4-280晶体生长的连续性,使复合材料性能下降.对于超声法合成的β-ZnMoO_4/C_3N_4材料,两种β-ZnMoO_4/C_3N_4复合材料的光催化活性均提高,但提高程度不及水热法180℃条件下制备的材料.结果表明,对于光催化复合材料的制备,要选择适当的合成方法,才能得到高性能复合光催化材料,本文采用180℃的水热合成条件,添加3%g-C_3N_4,可得到性能最佳的β-ZnMoO_4-180/C_3N_4复合光催化剂.添加自由基抑制剂的光催化降解实验结果表明,超氧负离子(·O_2~–)和空穴(h~+)在降解中起主导作用.β-ZnMoO_4/C_3N_4复合材料光催化活性的增强归因于C_3N_4与β-ZnMoO_4之间形成异质结,该异质结提高了光生电子-空穴对的分离效率.通过液相-质谱联用手段,测定了磺胺二甲嘧啶降解的中间产物,结果表明,污染物的光催化降解途径主要包括脱氨基和脱甲基过程.     

溶剂辅助合成介孔g-C3N4及其增强的可见光催化去除NO性能研究

类石墨相氮化碳(g-C3N4)具有特殊的层状二维结构、独特的电子结构、合适的能带结构、良好的热稳定性和化学稳定性等理化性能,因而在可见光催化净化环境污染物领域广受关注.但原始块状g-C3N4的可见光催化活性较弱,还不能满足实际应用需求.因此,亟需开发一种高效的改性方法来提高g-C3N4的光催化性能.本课题组发展了一种有效的改进g-C3N4方法,以硫脲为前驱体,去离子水(制备样品标记为CN-W)或无水乙醇(制备样品标记为CN-E)为溶剂,通过一步高温缩聚制得具有高可见光催化性能的介孔g-C3N4.然而,对于不同溶剂效应原位改性g-C3N4及其增强可见光催化性能的机理还不清楚.因此,本文采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱(PL)、N2吸附和元素分析等手段研究了去离子水和无水乙醇作为溶剂原位改性g-C3N4的理化性能差异及增强可见光催化性能的原因.XRD结果表明,去离子水和无水乙醇不会改变g-C3N4的晶体结构,但会抑制其晶体结构的生长.由TEM图像可见,因去离子水和无水乙醇在热聚合过程中产生的气泡可以作为软模板,导致CN-W和CN-E纳米片均为酥松多孔层状结构,其中CN-W更薄更小.元素分析测试结果表明,无水乙醇和硫脲在热聚合过程中导致碳自掺杂g-C3N4.UV-Vis DRS结果显示,CN-W和CN-E分别发生了相对的蓝移和红移现象.荧光寿命测试结果显示,CN的短荧光寿命和长荧光寿命(0.805 ns,3.269 ns)明显高于CN-W(0.756 ns,3.125 ns)和CN-E(0.743 ns,2.749 ns),表明CN-W和CN-E纳米薄片可以促进光生电子的储存和往复运动,有利于光生电子的迁移.此外,通过理论计算得CN-E的电子迁移速率(1.04×108 s?1)明显快于CN-W(0.81×108 s?1),表明CN-E和CN-W都有利于光生电子的迁移猝灭.另外,BET-BJH测试结果显示,CN-W(32.73 m2/g,0.22 cm3/g)和CN-E(25.59 m2/g,0.18 cm3/g)的比表面积和孔容均显著高于未改性的g-C3N4(13.81 m2/g,0.12 cm3/g),表明溶剂和前驱体在热聚合过程中产生的H2O,C2H5OH,H2S,CO2和NH3气体有利于层状结构和丰富孔结构的形成,因而CN-W和CN-E的比表面积和孔容显著增加.由此可见,无水乙醇和去离子水在辅助制备介孔g-C3N4过程中表现出不同的作用.可见光催化去除NO的测试结果表明,CN-E(48.3%)和CN-W(37.2%)的光催化活性明显高于g-C3N4(19.5%),CN-E和CN-W的可见光催化活性也明显优于我们以前报道的BiOBr、C掺杂TiO2和BiOBr/C3N4异质结.结合表征结果,CN-E和CN-W可见光催化性能增强的原因主要有两个:(1)CN-E和CN-W增大的的比表面积和孔容有利于NO的吸附、反应中间产物的转移和提供更多的活性位点参与光催化氧化反应;(2)更薄的纳米片结构和C掺杂g-C3N4有利于促进光生电子的迁移,从而显著提高其光催化活性.     

g-C3N4/Ag/TiO2复合材料的构筑及其光催化性能（英文）

以合成的g-C3N4纳米片和Ag/TiO2空心微球为原料,采用机械搅拌的方法构筑了g-C3N4/Ag/TiO2三元复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光漫反射(UV-Vis DRS)和光致发光光谱(PL)对g-C3N4/Ag/TiO2进行了表征。研究表明,g-C3N4/Ag/TiO2是由Ag/TiO2微球和g-C3N4纳米片复合而成的。与TiO2相比,其可见光响应范围延长,光生载流子的分离速率加快。在室温下,用降解罗丹明B的反应考察了g-C3N4/Ag/TiO2的可见光催化活性。研究表明,光照180 min时,g-C3N4(0.5%)/Ag/TiO2显示了最高的光催化活性(91.9%),分别是TiO2和Ag/TiO2的7.5和1.8倍。光催化活性的提高与合理的异质结构建和Ag的导电性能有关。     

K/Cl掺杂g-C_(3)N_(4)的制备及其光催化性能研究北大核心CSCD

采用湿化学方法制备了K/Cl掺杂石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))纳米材料.以三聚氰胺、KCl作为前驱体,经过溶解、沉淀和焙烧过程,使K/Cl元素在g-C_(3)N_(4)结构上均匀分布.K/Cl掺杂的引入并不影响g-C_(3)N_(4)物相的形成,而是使样品的比表面积增加至18.36 m^(2)·g^(-1),是纯g-C_(3)N_(4)的1.7倍.利用光催化降解气态污染物来表征材料的光催化性能,结果表明,全光谱光照下CN-K/Cl-0.07的性能是纯g-C_(3)N_(4)的2.0倍.光催化性能的提升归因于K/Cl双原子掺杂,不但提升了材料的光吸收能力,而且有利于光生电子-空穴的分离.4次循环试验后,CN-K/Cl-0.07光催化降解异丙醇的性能没有明显降低,证明其具有良好的稳定性.K/Cl掺杂g-C_(3)N_(4)光催化活性高且使用性能好,将会在气体污染物降解领域产生广泛的应用.     

碳自掺杂g-C3N4光催化性能的原位光微量热-荧光光谱研究

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·O{}_{\mathrm{2}}^{-}. 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.     

氧掺杂对VN-g-C3N4催化剂光催化固氮性能的影响

采用介质阻挡放电等离子体法合成了氧原子掺杂的具有氮空穴的石墨相氮化碳催化剂(g-C₃N₄), 并对催化剂的结构和形貌进行了表征分析. 结果表明, 等离子体处理没有改变催化剂的形貌, 并同时将氮空穴和氧原子引入了g-C₃N₄的晶格. 在可见光条件下, 制备的共掺杂g-C₃N₄催化剂的铵离子产率高达5.9 mg·L ^-1·h ^-1· {\mathrm{g}}_{\mathrm{cat}}^{-1} , 分别是具有氮空穴的g-C₃N₄和纯g-C₃N₄的2.2倍和20倍, 同时还表现出优异的催化稳定性. 密度泛函理论计算结果显示, 与具有氮空穴的g-C₃N₄相比, 氧原子的引入能提高氮空穴对反应物氮气分子的活化能力, 提高光催化固氮性能.     

Ag/Ag_3PO_4/g-C_3N_4三元复合光催化剂的制备及其可见光驱动下的光催化活性增强（英文）

报道了一种新型Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂的制备及其半导体界面处的快速载流子分离所引起的光催化活性的显著增强效应.通过X射线衍射,扫描电子显微镜,紫外-可见吸收光谱以及光致发光光谱等就其晶体结构、形貌、组分、光学吸收以及载流子的快速分离行为进行了表征与分析.以罗丹明B作为模型化合物分子,研究发现,所制备的Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂在可见光照射下表现出比Ag3PO4以及Ag3PO4/g-C3N4二元催化剂更为优异的光催化活性.研究认为,Ag3PO4表面尺寸约为40 nm的Ag纳米粒子在可见光下受激所产生的等离子表面共振效应以及Ag3PO4与g-C3N4界面处所形成的类似异质结结构对所制备的Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂光催化活性的显著增强起到重要作用.     

Ni5P4/g-C3N4复合光催化剂的制备及光催化性能

使用尿素、 红磷和氯化镍为原料, 通过一种简单的焙烧方法合成了Ni₅P₄/g-C₃N₄光催化剂. 该催化剂形成的异质结可以降低界面电阻, 有效抑制光生电子-空穴对复合率. 以罗丹明B模拟污染物进行降解测试, 发现3NPC的反应速率常数最高, 几乎是g-C₃N₄的7倍, 并具有最高的光催化产氢能力, 制氢速率高达1013.88 μmol·g^-1·h^-1, 明显高于g-C₃N₄(664.38 μmol·g^-1·h^-1).     

富氧石墨相氮化碳在磷酸钠溶液中高效光催化合成过氧化氢（英文）

过氧化氢是一种重要的化工原料,广泛应用于杀菌、漂白、燃料电池、化工生产、环境修复等领域.目前工业生产过氧化氢以蒽醌法为主,但多步蒽醌氧化工艺存在能耗高和污染环境等不足.因此,急需开发一种低能耗且环境友好的过氧化氢合成工艺.光催化是一种理想的过氧化氢合成方法,该方法以太阳光作为能源,水或氧气作为原料,在绿色、温和的条件下实现过氧化氢的生产.本文制备了一种含有氮空位的富氧石墨相氮化碳(OCN),并考察了其光催化生产过氧化氢的性能.以空气中的氧气为原料,OCN光催化剂在可见光照射下高效合成了过氧化氢,产率为1965μmol L^-1 h^-1.通过将磷酸钠引入反应体系,进一步提高了过氧化氢的产率,产率最高可达5781μmol L^-1 h^-1.本文在光催化性能测试的基础上,还通过一系列表征手段研究了OCN高效生产过氧化氢的机理.X射线光电子能谱和傅里叶红外光谱研究表明,OCN表面存在含氧官能团(-COOH和COC).电子顺磁共振谱证明OCN中.含有大量的氮空位.氧气程序升温脱附、透射电子显微镜、氮气等温吸附脱附...     

高压放电-光催化剂体系中低温等离子对g-C_3N_4的影响（英文）

高压放电能产生物理和化学效应,如高能电子(e*)、电场、紫外光、可见光和活性物质(·OH,H·,O·,·O_2~-,O_3,N·,NO_x)等,这些放电效应直接或间接应用于污染物的去除和材料的表面改性.在环境领域中,很多研究都关注于高压放电体系中活性物质的产生和利用,而忽视了物理作用,致使处理污染物的能量利用效率不高.近年来,为了提升能量效率,在放电系统中添加光催化剂的研究越来越多.放电产生的物理和化学效应提升了活性物质的产量,从而增强污染物的去除效率.然而,关于高压放电产生的活性物质和物理效应对光催化剂的影响缺乏研究.g-C_3N_4光催化剂是无毒、耐高温、低成本的非金属半导体,在环境与能源方面应用较广,但至今研究g-C_3N_4与低温等离子体协同处理污染物较少.为了使等离子体-g-C_3N_4系统能在环境中得到应用,首要解决的是高压放电对光催化剂影响的问题,从而为后期的研究奠定基础.本研究选用放电均匀、稳定、能产生高电子密度的介质阻挡放电(DBD)对g-C_3N_4进行处理.在不同电气参数(放电电压和放电时间)对g-C_3N_4进行处理,用处理前后的g-C_3N_4光催化降解10mg/L的亚甲基蓝检测其光催化活性,并对其表面的物理结构和化学特征进行表征.结果发现在低放电电压的长时间放电会降低g-C_3N_4的催化活性,而在高放电电压的较短时间内会增强光催化剂的催化性能,随着放电时间的延长,催化活性会先降低再上升.根据XPS表征结果,放电处理后的g-C_3N_4表面有化学键的破坏和新键的形成.在放电处理过程中,加入光催化剂会增强放电强度,而且亲水官能团(-OH,-COOH,-NO_2)的增加也会使放电强度增强,这与光催化剂对放电间隙的空间电荷吸附量有关.结合g-C_3N_4表面表征结果,发现g-C_3N_4的表面物理结构随着放电时间的延长层层破坏,其表面化学官能团也发生周期性变化,这些变化都会影响g-C_3N_4的光催化剂活性.如果等离子体-g-C_3N_4系统要应用于环境治理,光催化剂需避免与放电间隙接触,使光催化剂既能利用高压放电产生的光和其他物理效应,也能不受到低温等离子体的影响.     

Highly efficient photocatalytic NO removal and in situ DRIFTS investigation on SrSn（OH）6

A novel SrSn（OH）₆ photocatalyst with large plate and particle size were synthesized via a facile chemical precipitation method.The photocatalytic activity of the SrSn（OH）₆ was evaluated by the removal of NO at ppb level under UV light irradiation.Based on the ESR measurements,SrSn（OH）₆ photocatalyst was found to have the ability to generate the main active species of O₂^·-,^·OH and ¹ O₂ during the photocatalyti...     

简易构筑Bi2Mo3O12@Bi2O2CO3异质结增强光催化脱除NO性能及其转化过程（英文）

电荷分离及转移是影响光催化效率的重要因素之一.本文采用简易的水热焙烧法,设计并构筑了Bi2Mo3O12@Bi2O2CO3(BMO@BOC)异质结,促进了光生载流子的分离与迁移,并优化了异质结构中的BMO与BOC的组分比例,其中BMO@BOC-1样品展现了最高的光催化脱除NO效率(~35%),且具有优异的循环稳定性.SEM与TEM结果表明,BMO@BOC-1样品是由超薄纳米片构成,可以提供丰富的反应活性位点,从而促进光催化反应的发生.HRTEM,XRD及Raman充分证明已成功合成不同组分比例的BMO@BOC异质结.同时, Raman与XPS结果表明, BMO@BOC异质结由Bi, O,C及Mo组成, XPS图谱中拟合峰位置的偏移是由异质结组分不同所致.值得注意的是, UV-visDRS结果表明,BMO@BOC-4具有最好的光谱吸收性能,但它与BMO@BOC-2和BMO@BOC-1样品的吸收带边相近,而PL结果则表明BMO@BOC-1具有更好的电荷分离性能,以及合适的组分比例,在一定程度上可以促进光吸收,并能最大限度的促进光生载流子的分离.BMO@BOC-1样品的ESR测试结果说明,·OH与·O2-的含量随着光照时间的延长而增加,证实了它们是光催化NO氧化的活性中间物种.另外,光催反应机制的研究在高效光催化剂的研发及其商业化应用中具有深远意义.本文还利用原位红外实时动态监测手段,采用"连续流测试法"与"间歇流测试法"直观动态地研究了BMO@BOC异质结催化剂表面光催化NO脱除反应过程.结果表明,在开灯前的吸附阶段于催化剂表面形成了NO-, NO2-以及NO2等中间产物,开灯后的氧化阶段出现终产物(NO3-).进一步深入分析,中间产物NO-和NO2-在氧化阶段会被氧化活性物种进一步氧化成NO3-,而中间产物NO2可能作为一种毒副产物影响NO的完全氧化.综上所述,本文将为理解NO氧化过程提供直观且动态的研究方法,对光催化技术的发展具有重要的指导意义.     

A carbon-rich g-C3N4 with promoted charge separation for highly efficient photocatalytic degradation of amoxicillin

A novel carbon-rich g-C₃N₄ nanosheets with large surface area was prepared by facile thermal polymerization method using urea and 1,3,5-cyclohexanetriol. Plenty of carbon-rich functional groups were introduced into the surface layers of g-C₃N₄, which constructed the built-in electric field (BIEF) and resulted in improved charge separation; therefore, the carbon-rich g-C₃N₄ displayed superior photocatalytic activity for amoxicillin degradation under solar light. The contaminant degradation mechanism was proposed based on radical quenching experiments, intermediates analysis and density functional theory (DFT) calculation. Moreover, the reusing experiments showed the high stability of the material, and the amoxicillin degradation under various water matrix parameters indicated its high applicability on pollutants treatment, all of which demonstrated its high engineering application potentials.     

InP quantum dots on g-C3N4 nanosheets to promote molecular oxygen activation under visible light

Largely limited by the high dissociation energy of the O—O bond,the photocatalytic molecular oxygen activation is highly challenged,which re strains the application of photocatalytic oxidation technology for atmospheric pollutants removal.Herein,we design and fabricate the InP QDs/g-C3 N4 compounds.The introduction of InP QDs promotes the charge transfer within the interface resulting in the effective separation of photo-generated carriers.Furthermore,InP QDs greatly facilitates the activation o...     

原位制备具有增强光催化活性的S型Bi2Se3/g-C3N4光催化剂

光催化氧化是一种应用前景良好的环境治理技术.与絮凝、物理吸附和化学氧化等常见的方法相比,光催化氧化具有环境友好、氧化完全、方便和廉价等优势.特别是可见光光催化氧化,可利用太阳能中占比最高的可见光,在应用中更具优势.因而,探索可见光响应性能优异的光催化剂一直是光催化氧化领域的一个重要研究内容.硒化铋(Bi₂Se₃)是一种带隙(带隙宽度在0.3~1.3 e V)非常窄的半导体,能吸收全部波长范围的可见光和近红外光.此外,Bi₂Se₃还具有独特的金属表面态,其表面具有良好的导电性.这些特性使其在可见光光催化氧化领域具有很大的应用潜力.然而,由于Bi₂Se₃价带位置高,氧化能力很弱,其价带上的空穴在光催化反应中难以被消耗,导致空穴大量累积,并迅速与光生电子复合,大幅降低了Bi₂Se₃的光催化性能.因此,一直以来,Bi₂Se₃很少被用于光催化反应.如何充分利用Bi₂Se₃的光响应优势,制备出性能优异的光催化剂,仍是具有挑战性和吸引力的研究方向.本文采用预先制备的Bi2O3/g-C₃N₄复合物作为前驱体,通过原位转化的方法,将前驱体置于热的Se蒸汽中,使前驱体上的Bi2O3与Se蒸汽反应,完全转化为Bi₂Se₃纳米颗粒,从而制得Bi₂Se₃/g-C₃N₄复合光催化剂(Bi₂Se₃含量约为4 wt%).透射电镜结果表明,所形成的Bi₂Se₃纳米颗粒较均匀地分布在g-C₃N₄表面.表面功函数分析发现,Bi₂Se₃与g-C₃N₄结合后,它们的费米能级分别由原来的-0.55和-0.18 e V变为平衡时的-0.22 e V,可形成指向g-C₃N₄的内建电场,有利于形成梯型(S型)异质结.在此基础上,能级位移、荧光分析、结构计算和反应自由基测试等结果表明,Bi₂Se₃和g-C₃N₄之间形成了S型异质结.在可见光光催化降解苯酚的实验中,所制备的Bi₂Se₃/g-C₃N₄复合物的光催化活性明显优于单一的Bi₂Se₃和g-C₃N₄.结合比表面、孔结构、光吸收和荧光等对比分析,认为Bi₂Se₃/g-C₃N₄的这种S型异质结构在其光催化活性增强中起到了关键作用.在光照条件下,其g-C₃N₄导带中光生电子向Bi₂Se₃的价带迁移,并与光生空穴复合,从而使Bi₂Se₃导带上可保留更多的高活性光生电子参与光催化反应,由此Bi₂Se₃/g-C₃N₄的光催化活性增强.循环性能测试和光还原实验结果表明,所制备的Bi₂Se₃/g-C₃N₄复合光催化剂具有良好的稳定性.本文工作为高可见光吸收的光催化剂制备和性能增强提供了新途径和新视野.     

Controllable design of Zn-Ni-P on g-C3N4 for efficient photocatalytic hydrogen production

Synthesizing a stable and efficient photocatalyst has been the most important research goal up to now. Owing to the dominant performance of g-C₃N₄ (graphitized carbonitride), an ordered assemble of a composite photocatalyst, Zn-Ni-P@g-C₃N₄, was successfully designed and controllably prepared for highly efficient photocatalytic H₂ evolution. The electron transport routes were successfully adjusted and the H₂ evolution was greatly improved. The maximum amount of H₂ evolved reached about 531.2 μmol for 5 h over Zn-Ni-P@g-C₃N₄ photocatalyst with a molar ratio of Zn to Ni of 1:3 under illumination of 5 W LED white light (wavelength 420 nm). The H₂ evolution rate was 54.7 times higher than that over pure g-C₃N₄. Moreover, no obvious reduction in the photocatalytic activity was observed even after 4 cycles of H₂ production for 5 h. This synergistically increased effect was confirmed through the results of characterizations such as XRD, TEM, SEM, XPS, N₂ adsorption, UV-vis DRS, transient photocurrent, FT-IR, transient fluorescence, and Mott-Schottky studies. These studies showed that the Zn-Ni-P nanoparticles modified on g-C₃N₄ provide more active sites and improve the efficiency of photogenerated charge separation. In addition, the possible mechanism of photocatalytic H₂ production is proposed.     

Efficient singlet oxygen generation by excitonic energy transfer on ultrathin g-C3N4 for selective photocatalytic oxidation of methyl-phenyl-sulfide with O2

Efficient generation of singlet oxygen (¹O₂) by an excitonic energy transfer process is highly desired on a semiconductor photocatalyst for selective oxidation of methyl phenyl sulfide (MPS). Herein, it is demonstrated that a large amount of ¹O₂ is produced on pristine graphitic carbon nitride (CN) nanosheet compared with bismuth oxybromide (BiOBr) and commercial P25 titanium dioxide (TiO₂). This leads to a certain photoactivity of CN for MPS oxidation. The observed ∼77% selectivity for CN depends on the competitive results of excitonic energy transfer for ¹O₂ formation and charge carrier separation for superoxide radical (O₂⁻) production, which are based on the phosphorescence spectra and electron paramagnetic resonance signals, respectively. Moreover, ultrathin CN nanosheets are synthesized by thermal treatment with the cyanuric acid-melamine hydrogen bonded aggregates as precursors. It is confirmed that the amount of produced ¹O₂ could be increased by decreasing the thickness of resultant CN nanosheets. The optimized ultrathin CN nanosheet (∼4 nm) exhibits excellent photoactivity with high selectivity (∼99%). It is suggested that the excitonic energy transfer for ¹O₂ formation is close related to the intrinsic exciton binding energy and the two-dimensional quantum confinement effect. This work establishes a basic mechanistic understanding on the excitonic processes in CN, and develops a feasible route to design CN-based photocatalysts for efficient ¹O₂ generation.     

密度泛函研究细梗胡枝子提取物中新型抗氧化剂的分子结构和活性氧清除机理

The molecular structure and radical scavenging activity of three novel antioxidants from Lespedeza Virgata, lespedezavirgatol, lespedezavirgatal, and lespedezacoumestan, have been studied using density functional theory with the B3LYP and BhandHLYP methods. The optimized geometries of neutral, radical cation, radical and anion forms were obtained at the B3LYP/6-31G(d) level, in which it was found that all the most stable conformations contain intramolecular hydrogen bonds. The same results were obtained from the MP2 method. The homolytic O-H bond dissociation enthalpy and the adiabatic ionization potential of neutral and anion forms for the three new antioxidants and adiabatic electron affinity and H-atom affinity for hydroxyl radical, superoxide anion radical, and hydrogen peroxide radical were determined both in gas phase and in aqueous solution using IEF-PCM and CPCM model with UAHF or Bondi cavity. The antioxidant activities and reactive oxygen species scavenging mechanisms were then discussed, and the results obtained from different methods are consistent. Furthermore, the antioxidant activities are consistent with the experimental findings of the compounds under investigation.     

硫氰根选择性吸附在g-C_3N_4/Ag表面增强其光催化制氢性能(英文)

作为一种无金属的新型半导体材料,g-C_3N_4因具有稳定的物理化学性质及合适的能带结构而引起人们的关注.理论上g-C_3N_4完全满足水分解的电势条件.然而研究发现,g-C_3N_4材料本身的光催化性能并不好,这主要是由于半导体材料被光激发后生成的自由电子和空穴还没来得及到达材料表面参与反应,就在材料体相内发生复合,导致电子参与有效光催化制氢反应的几率大大降低.同时还发现,将少量的贵金属,如Pt,Au,Pd作助催化剂修饰在该半导体表面,其光催化性能明显提高.但由于这些贵金属储量非常稀少,价格昂贵,导致它们的使用受到一定限制.而Ag作为一种价格远低于Pt,Au,Pd的贵金属,也得到了广泛的研究.研究表明,金属Ag储存电子的能力很好,因此可以有效地将半导体上生成的光生电子快速转移到Ag上面去,从而达到电子空穴快速分离的目的.但是在光催化制氢过程中,Ag吸附H~+的能力较弱,致使电子与H~+反应的诱导力较弱,使得Ag释放电子的能力较差.因此可以通过提高Ag表面对H~+的吸附强度,以加速Ag的电子释放,通过表面修饰来提高Ag助剂的光催化活性.研究发现,Ag纳米粒子表面与含硫化合物之间存在很强的亲和力.硫氰根离子(SCN~–)具有很强的电负性,容易吸附溶液中H~+离子,并且也易吸附在Ag纳米粒子的表面.因此可以利用Ag与SCN~–的作用来增强Ag释放电子的能力.本文采用光还原法将Ag沉积在g-C_3N_4半导体材料表面,然后通过在制氢牺牲剂中加入KSCN溶液,利用SCN~-与Ag的亲和力来提高光生电子参与光催化反应的效率.结果表明,在SCN~-存在的情况下,g-C_3N_4/Ag的光催化制氢性能显著提高.当制氢溶液中SCN~–浓度为0.3 mmol L~(–1)时,材料的光催化制氢性能达最大,为3.89μmol h~(–1),比g-C_3N_4/Ag性能提高5.5倍.基于少量的SCN~–就能明显提高g-C_3N_4/Ag材料的光催化性能,我们提出了一个可能性的作用机理:金属银和SCN~-协同作用,即银纳米粒子作为光生电子的捕获和传输的一种有效的电子传递介质,而选择性吸附在银表面的SCN~-作为界面活性位点有效地吸附溶液中的质子以促进产氢反应,二者协同作用,加速了g-C_3N_4-Ag–SCN~-三物种界面之间电荷的传输、分离及界面催化反应速率,有效抑制了g-C_3N_4主体材料光生电子和空穴的复合,因而g-C_3N_4/Ag–SCN复合材料的光催化制氢性能提高.考虑到其成本低、效率高,SCN~–助催化剂有很大的潜力广泛应用于制备高性能的银修饰光催化材料.