多孔纳米片状石墨相氮化碳的制备及其可见光催化

以三聚氰胺和硫脲为前驱体,通过简易的氧气刻蚀制备了多孔纳米片状氮化碳。相比于三聚氰胺制备的薄片状氮化碳(MCNS),以硫脲制备的多孔纳米片状的g-C_3N_4(TCNS)片层更薄,其单片厚度约为30 nm,且TCNS的层状结构明显,能带隙约为3.03 eV,高于石墨相氮化碳(2.77 eV),更宽的禁带赋予载流子更强的氧化还原能力。较大的比表面积(114 m~2·g~(-1))可以提供更多的活性位点,同时纳米片状结构可以促进电子与空穴的有效分离和转移,且能有效地降低光生载流子的复合率,因而TCNS具有更高的光催化活性。     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体，水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂），制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射（XRD），热重分析（TGA）对其结构进行表征；采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面，形成多层次结构，并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构；MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构；复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1；随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极，活性炭（AC）为负极，1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器，发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V，容量可达86F·g^-1，且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体，水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂），制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射（XRD），热重分析（TGA）对其结构进行表征；采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面，形成多层次结构，并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构；MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构；复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1；随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极，活性炭（AC）为负极，1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器，发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V，容量可达86F·g^-1，且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体，水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂），制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射（XRD），热重分析（TGA）对其结构进行表征；采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面，形成多层次结构，并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构；MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构；复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1；随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极，活性炭（AC）为负极，1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器，发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V，容量可达86F·g^-1，且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体，水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂），制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射（XRD），热重分析（TGA）对其结构进行表征；采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面，形成多层次结构，并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构；MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构；复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1；随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极，活性炭（AC）为负极，1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器，发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V，容量可达86F·g^-1，且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体，水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂），制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射（XRD），热重分析（TGA）对其结构进行表征；采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面，形成多层次结构，并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构；MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构；复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1；随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极，活性炭（AC）为负极，1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器，发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V，容量可达86F·g^-1，且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体，水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂），制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射（XRD），热重分析（TGA）对其结构进行表征；采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面，形成多层次结构，并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构；MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构；复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1；随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极，活性炭（AC）为负极，1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器，发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V，容量可达86F·g^-1，且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体,水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂）,制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM）,透射电镜（TEM）,X射线衍射（XRD）,热重分析（TGA）对其结构进行表征;采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面,形成多层次结构,并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构;MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构;复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1;随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极,活性炭（AC）为负极,1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器,发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V,容量可达86F·g^-1,且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体,水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂）,制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM）,透射电镜（TEM）,X射线衍射（XRD）,热重分析（TGA）对其结构进行表征;采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面,形成多层次结构,并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构;MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构;复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1;随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极,活性炭（AC）为负极,1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器,发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V,容量可达86F·g^-1,且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体,水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂）,制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM）,透射电镜（TEM）,X射线衍射（XRD）,热重分析（TGA）对其结构进行表征;采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面,形成多层次结构,并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构;MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构;复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1;随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极,活性炭（AC）为负极,1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器,发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V,容量可达86F·g^-1,且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

Photocatalytic Reduction of Cr (VI) over g-C3N4 Photocatalysts Synthesized by Different Precursors

Graphitic carbon nitride (g-C₃N₄) photocatalysts were synthesized via a one-step pyrolysis process using melamine, dicyandiamide, thiourea, and urea as precursors. The obtained g-C₃N₄ materials exhibited a significantly different performance for the photocatalytic reduction of Cr(VI) under white light irradiation, which is attributed to the altered structure and occupancies surface groups. The urea-derived g-C₃N₄ with nanosheet morphology, large specific surface area, and high occupancies of surface amine groups exhibited superior photocatalytic activity. The nanosheet morphology and large surface area facilitated the separation and transmission of charge, while the high occupancies of surface amine groups promoted the formation of hydrogen adsorption atomic centers which were beneficial to Cr(VI) reduction. Moreover, the possible reduction pathway of Cr(VI) to Cr(III) over the urea-derived g-C₃N₄ was proposed and the reduction process was mainly initiated by a direct reduction of photogenerated electrons.     

Phosphorus‐Doped Carbon Nitride Tubes with a Layered Micro‐nanostructure for Enhanced Visible‐Light Photocatalytic Hydrogen Evolution

Phosphorus‐doped hexagonal tubular carbon nitride (P‐TCN) with the layered stacking structure was obtained from a hexagonal rod‐like single crystal supramolecular precursor (monoclinic, C2/m). The production process of P‐TCN involves two steps: 1) the precursor was prepared by self‐assembly of melamine with cyanuric acid from in situ hydrolysis of melamine under phosphorous acid‐assisted hydrothermal conditions; 2) the pyrolysis was initiated at the center of precursor under heating, thus giving the hexagonal P‐TCN. The tubular structure favors the enhancement of light scattering and active sites. Meanwhile, the introduction of phosphorus leads to a narrow band gap and increased electric conductivity. Thus, the P‐TCN exhibited a high hydrogen evolution rate of 67 μmol h^?1 (0.1 g catalyst, λ >420 nm) in the presence of sacrificial agents, and an apparent quantum efficiency of 5.68 % at 420 nm, which is better than most of bulk g‐C₃N₄ reported.     

Acidification and bubble template derived porous g-C3N4 for efficient photodegradation and hydrogen evolution

Graphitic carbon nitride (g-C₃N₄) as a metal-free candidate of photocatalyst has received worldwide attention because of its great potentials in solar light-induced degradation and hydrogen evolution, yet the industrial application is seriously hindered by the small specific surface area and rapid recombination rate of carriers. Herein, we demonstrate that porous g-C₃N₄ (HCl-CNU-X) can be prepared via the co-polymerization of acidified melamine and a green bubble template (urea). Transmission electron microscopy and nitrogen sorption characterization results show that the prepared HCl-CNU-X possesses an in-plane porous structure and large specific surface area, enabling the exposure of more accessible active sites. As a result, HCl-CNU-X exhibits both enhanced photocatalytic tetracycline hydrochloride degradation and higher hydrogen evolution than bulk g-C₃N₄. The boosted photocatalytic performance was ascribed to the formation of the porous structure, which dramatically promotes the separation of charge-carriers and facilitates the electron transfer. This work demonstrates that the acidification of nitrogen-rich precursors combined with a bubble-template can develop a new paradigm of highly porous photocatalysts for environmental remediation and water splitting.     

C-I共掺杂多孔g-C3N4光催化分解水制氢

氢气是一种可替代传统燃料的理想清洁能源,利用光催化技术分解水制氢是制取氢气的有效途径之一.无机半导体光催化材料具有较高的活性和稳定性,且原料丰富,易加工改性.目前针对光催化技术的应用,大量的研究工作都集中在开发可见光响应光催化剂,以提高对可见光的利用率.同时,非金属聚合物半导体因其特殊的光电性质,在光催化应用研究中越来越受到关注,如庚嗪基微孔聚合物(HMP)和共价三嗪基骨架(CTF).石墨相碳化氮(g-C3N4)是一种典型非金属二维聚合物半导体,被认为是一种非常有价值的光催化材料.然而,其较低的光生电子的传输效率限制了其实际应用,因此诸多研究对g-C3N4的物理化学结构进行优化,如半导体耦合、共聚合、纳米结构设计和掺杂.非金属掺杂是一种有效的方法,由于原子电负性差异引起的电荷分离可有效改善载流子传输效率,且保持半导体的非金属性质.通过O,B,P和S等掺杂可以扩大可见光响应范围,并调节能带位置以改善光催化活性.除了常见的单一非金属掺杂,金属和非金属元素或多非金属元素共掺杂的办法同样可提高g-C3N4的光催化性能.本工作通过两步法对双氰胺、尿素和碘化1-乙基-3-甲基咪唑的混合物直接热聚合,合成C-I共掺杂的多孔g-C3N4,其在可见光照射下表现出较高的产氢活性和稳定性.采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光光谱(PL)和电化学实验等方法对多孔掺杂g-C3N4结构进行详细表征和分析.在助催化剂Pt和电子牺牲剂(三乙醇胺)存在的条件下,采用可见光(>400 nm)照射分解水产氢的方法评价其光催化活性.结果表明,后热处理和碘离子液掺杂对g-C3N4材料的结构和性能具有较大影响.C-I共掺杂和后热处理使催化剂产物颗粒尺寸减小,形成多孔片层状紧密堆积,比表面积和孔隙率显著增加,吸收带边发生蓝移.后热处理使样品层间距减小,聚合度增加,有利于电荷传输,C-I共掺杂后出现更多的缺陷,但没有改变其层状堆积的特性.XPS结果表明,样品中碘元素以I-和I5+的形式存在,改性后催化剂C/N比明显增加,sp2芳环N含量增加,表面氨基含量降低,表明后热处理和C-I共掺杂没有改变多孔g-C3N4的基本骨架,共轭结构更加完善.PL和光电流结果表明,改性后样品的PL强度均显著降低,并且随着掺杂量的增加而逐渐降低,表明共掺杂可抑制光生电荷的复合.电化学测试结果表明,后热处理和C-I共掺杂的样品界面电荷转移电阻降低,导电率和电荷迁移率增加,从而有助于提高光催化性能.光解水产氢性能测试表明,后热处理和C-I共掺杂有利于催化剂产氢速率的提高,改性后CNIN0.2的产氢速率达168.2μmol/h,是纯氮化碳的9.8倍.经过多次循环测试,其产氢性能保持稳定而没有显著下降,表明其产氢稳定性较好.     

Tuning band structure of graphitic carbon nitride for efficient degradation of sulfamethazine: Atmospheric condition and theoretical calculation

Numerous approaches have been used to modify graphitic carbon nitride（g-C₃N₄） for improving its photocatalytic activity. In this study, we demonstrated a facial post-calcination method for modified graphitic carbon nitride（g-C₃N₄-Ar/Air） to direct tuning band structure, i.e., bandgap and positions of conduction band（CB）/valence band（VB）, through the control of atmospheric condition without involving any additional elements or metals or semiconductors. ...     

钾离子掺杂对石墨型氮化碳光催化剂能带结构及光催化性能的影响

以双氰胺和氢氧化钾为原料制备了能带可控的钾离子掺杂石墨型氮化碳(g-C3N4)光催化剂,并与碱处理的g-C3N4及g-C3N4/KOH复合催化剂进行了对比。采用X射线衍射(XRD)光谱、紫外-可见(UV-Vis)光谱、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、N2吸附、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,钾离子含量对氮化碳催化剂的价带及导带位置有显著影响。此外,钾离子的引入抑制了氮化碳晶粒的生长,提高了氮化碳的比表面积以及对可见光的吸收,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钾离子掺杂对g-C3N4在可见光下催化性能的影响,研究了光催化反应机理。结果表明,钾离子掺杂后氮化碳的光催化性能显著提高。制备的钾离子掺杂氮化碳催化剂表现出良好的结构及催化稳定性。     

Loading of g-C3N4 on Core-Shell Magnetic Mesoporous Silica Nanospheres as a Solid Base Catalyst for the Green Synthesis of some Chromene Derivatives under Different Conditions

Using heterogeneous basic catalysts has a great importance in chemical reactions because of their advantages (such as easy separation and thermal stability at harsh conditions) over homogeneous catalysts. In this study, magnetic mesoporous silica nanoparticles (mSiO₂) containing graphitic carbon nitride layers (mSiO₂/g-C₃N₄(x)) were fabricated through a facile process (x signifies the amount of melamine applied during synthesis). Graphitic carbon nitride layers were decorated on mSiO₂ by calcination of immobilized melamine (as graphitic carbon nitride precursor) on mSiO₂ in the last step of catalyst synthesis. The structure of the prepared catalysts was confirmed using XRD, BET, FESEM, EDX, elemental mapping and TEM methods. The catalytic efficiency of the so-obtained solid base composite was investigated for the synthesis of some dihydropyranochromenes and spiro-dihydropyranochromenes under thermal and microwave conditions. Using mSiO₂/g-C₃N₄(x) led to high yields under green conditions and in short reaction times and without a decrease in catalytic activity after four consecutive cycles.     

Enhanced Photocatalytic Activity of MIL‐125 by Post‐Synthetic Modification with CrIII and Ag Nanoparticles

NH₂‐MIL‐125, [Ti₈O₈(OH)₄(bdc‐NH₂)₆] (bdc^2?=1,4‐benzene dicarboxylate) is a highly porous metal–organic framework (MOF) that has a band gap lying within the ultraviolet region at about 2.6 eV. The band gap may be reduced by a suitable post‐synthetic modification of the nanochannels using conventional organic chemistry methods. Here, it is shown that the photocatalytic activity of NH₂‐MIL‐125 in the degradation of methylene blue under visible light is remarkably augmented by post‐synthetic modification with acetylacetone followed by Cr^III complexation. The latter metal ion extends the absorption from the ultraviolet to the visible light region (band gap 2.21 eV). The photogenerated holes migrate from the MOF’s valence band to the Cr^III valence band, promoting the separation of holes and electrons and increasing the recombination time. Moreover, it is shown that the MOF’s photocatalytic activity is also much improved by doping with Ag nanoparticles, formed in situ by the reduction of Ag⁺ with the acetylacetonate pendant groups (the resulting MOF band gap is 2.09 eV). Presumably, the Ag nanoparticles are able to accept the MOF’s photogenerated electrons, thus avoiding electron–hole recombination. Both, the Cr‐ and Ag‐bearing materials are stable under photocatalytic conditions. These findings open new avenues for improving the photocatalytic activity of MOFs.     

Direct Synthesis of Porous Nanorod‐Type Graphitic Carbon Nitride/CuO Composite from Cu–Melamine Supramolecular Framework towards Enhanced Photocatalytic Performance

Facile and direct synthesis of porous nanorod‐type graphitic carbon nitride/CuO composite ( CuO‐g‐C₃N₄ ) has been achieved by using a Cu–melamine supramolecular framework as a precursor. The CuO‐g‐C₃N₄ nanocomposite demonstrated improved visible‐light‐driven photocatalytic activities. The results indicate that metal–melamine supramolecular frameworks can be promising precursors for the preparation of efficient g ‐C₃N₄ nanocomposite photocatalysts.