RGO/g-C3N4/MoS2复合材料的制备及其光催化性能

通过热解-水热两步法制备了石墨烯/石墨相氮化碳/二硫化钼(RGO/g-C_3N_4/MoS_2)复合材料并使用多种分析表征手段对RGO/g-C_3N_4/MoS_2的结构、形貌及光催化性能进行分析。结果表明,具有异质结构的g-C_3N_4/MoS_2与RGO复合后,通过良好的界面接触和电荷的快速转移,增强了其光生电子-空穴的分离。经可见光照射120 min后,RGO/g-C_3N_4/MoS_2复合材料可降解97%亚甲基蓝。此外,循环实验表明RGO/g-C_3N_4/MoS_2复合材料具有良好的稳定性,经5次循环仍能保持93.2%的光催化活性。     

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。     

染料共敏化MoS2光催化产氢性能研究

染料敏化是提升二硫化钼(MoS₂)光催化制氢性能的一种有效手段。相较于单一敏化剂,共敏化可进一步拓展光吸收范围,提高催化剂的光催化效率,但目前尚无共敏化下MoS₂光催化制氢的报道。本文在利用液相法制得MoS₂的基础上,以藻红B钠盐(EB)和罗丹明B(RhB)为共敏化剂,测定了二者共敏化下MoS₂的光催化制氢性能,重点研究了EB和RhB的加入比例和加入顺序对产氢性能的影响。结果发现当少量RhB与EB共存时,产氢性能得到一定程度的提升;EB、RhB分步加入时的性能优于一同加入且RhB先加入时的性能最佳。此外,结合紫外-可见吸收光谱、荧光光谱结果和两种染料分子的结构对染料共敏化提升MoS₂光催化产氢性能的原因进行了初步分析。     

Bi2WO6/g-C3N4复合型催化剂的制备及其可见光光催化性能

利用溶剂热法, 把Bi₂WO₆纳米颗粒植入g-C₃N₄层间和表面成功地制备了Bi₂WO₆/g-C₃N₄复合型光催化剂。通过XRD、SEM、TEM、BET和UV-Vis分别对样品的结构、组成、形貌、比表面积、光学性能进行了表征。结果表明, g-C₃N₄层状结构被部分剥离成碎片且与Bi₂WO₆纳米颗粒形成了复合物。Bi₂WO₆/g-C₃N₄复合型光催化剂与单一Bi₂WO₆相比不仅扩展了可见光的响应范围、增大了比表面还加速了光生电子与空穴的分离。结果表明, Bi₂WO₆的最佳负载量为60wt%时, 复合型光催化剂具有最高的可见光催化活性且性能稳定、易回收。     

碳纳米管改性g-C3N4提升可见光催化降解性能

以尿素为原料,引入少量的多壁碳纳米管(CNT)改性,采用简便方法制备CNT/g-C_3N_4催化剂。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR Spectrophotometer)、荧光光谱(PL)等手段对CNT/g-C_3N_4催化剂进行表征。结果表明,g-C_3N_4与CNT之间的协同作用,影响了gC_3N_4的能带结构,增强了其对可见光的吸收,改善了光生载流子的分布,提高了电子-空穴对的分离效率。并以罗丹明B(RhB)水溶液模拟废水,在可见光下考察催化剂的光催化降解性能,发现当CNT掺杂量为0.1%(w/w)时效果最佳,降解速率常数是体相g-C_3N_4的3.1倍,且研究发现超氧自由基是该体系下的主要活性物种。     

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.     

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.     

Au@g-C3N4支架的制备及其光催化性能

以三聚氰胺、甲醛、尿素等原料合成具有可塑性的三聚氰胺树脂,通过发泡法构建前驱体支架,并通过磁控溅射法在支架表面沉积金,550℃下热聚合后,成功制备得到负载Au的石墨相氮化碳(Au@g-C₃N₄)支架,其比表面积可达1 480 m²·g^-1。负载6%Au后,Au@g-C₃N₄支架的紫外吸收光谱在550 nm处出现了新的吸收峰,吸收带边红移至507 nm,禁带宽度缩小至2.45e V,Au@g-C₃N₄支架荧光强度和阻抗显著降低,光电流从0.28μA·cm^-2提升至0.62μA·cm^-2。负载Au既拓宽了Au@g-C₃N₄支架可见光吸收性能,又抑制了电子-空穴对的复合,光催化性能稳定,光催化降解罗丹明B的降解率提高近1倍。此外,Au@g-C₃N₄支架强度适中,具有一定韧性,在光催化领域应...     

g-C3N4-TiO2光催化电极耦合生物产电阳极还原硝酸根

以g-C₃N₄-TiO₂为光催化阴极,耦合生物阳极进行光催化还原硝酸盐研究。考察了空穴清除剂、曝气条件、生物阳极对光催化还原硝酸盐的影响,并对还原机理进行分析。结果表明在曝氮气、有生物阳极时硝酸盐去除效果最好,空穴清除剂对硝酸盐还原影响较小。反应210 min后硝酸盐去除率为72.57%,副产物亚硝酸盐浓度为0.31 mg·L^-1,氨氮未检出。经重复实验后,负载的催化剂不脱落,催化剂活性基本不变,可重复使用。     

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.     

g-C_3N_4-TiO_2光催化电极耦合生物产电阳极还原硝酸根

以g-C_3N_4-TiO_2为光催化阴极,耦合生物阳极进行光催化还原硝酸盐研究。考察了空穴清除剂、曝气条件、生物阳极对光催化还原硝酸盐的影响,并对还原机理进行分析。结果表明在曝氮气、有生物阳极时硝酸盐去除效果最好,空穴清除剂对硝酸盐还原影响较小。反应210 min后硝酸盐去除率为72.57%,副产物亚硝酸盐浓度为0.31 mg·L~(-1),氨氮未检出。经重复实验后,负载的催化剂不脱落,催化剂活性基本不变,可重复使用。     

MoS_2/g-C_3N_4复合材料的制备及可见光催化性能

首先在N-甲基吡咯烷酮溶液中超声剥离得到少层的MoS_2,将其与石墨相氮化碳(g-C_3N_4)复合,制得MoS_2/g-C_3N_4复合材料。采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS),傅里叶变换红外光谱(FTIR),Raman光谱,紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)和光致荧光(PL)技术对复合材料进行表征。可见光下考察MoS_2/g-C_3N_4复合材料光催化降解罗丹明B(Rh B)的活性,结果表明:将少量MoS_2与g-C_3N_4复合可明显提高光催化活性,且1%(w/w)MoS_2/g-C_3N_4复合物的光催化活性最高,可能的原因是MoS_2和g-C_3N_4匹配的能带结构,增大了界面间电荷的传输,降低了光生电子-空穴的复合,进而提高了光催化活性。     

MoS2/g-C3N4复合材料的制备及可见光催化性能

首先在N-甲基吡咯烷酮溶液中超声剥离得到少层的MoS₂,将其与石墨相氮化碳（g-C₃N₄）复合,制得MoS₂/g-C₃N₄复合材料。采用X射线衍射（XRD）,扫描电镜（SEM）,X射线光电子能谱（XPS）,傅里叶变换红外光谱（FTIR）,Raman光谱,紫外-可见漫反射吸收光谱（DRS）和光致荧光（PL）技术对复合材料进行表征。可见光下考察MoS₂/g-C₃N₄复合材料光催化降解罗丹明B（RhB）的活性,结果表明：将少量MoS₂与g-C₃N₄复合可明显提高光催化活性,且1%（w/w）MoS₂/g-C₃N₄复合物的光催化活性最高,可能的原因是MoS₂和g-C₃N₄匹配的能带结构,增大了界面间电荷的传输,降低了光生电子-空穴的复合,进而提高了光催化活性。     

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%。     

中空花状可见光响应催化剂g-C_3N_4@BiOCl的制备及其光催化活性

以g-C_3N_4/H_2SO_4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gC_3N_4@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-C_3N_4@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%。