类石墨相氮化碳改性研究进展

类石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种不含金属的半导体材料,它具有制备方法简单、合成原材料价格低廉、含量丰富,具有很好的物理化学性质及热稳定性等优点,并且其较窄的禁带宽度满足可以直接吸收一部分可见光的要求,这些特有的优势使其一度成为人们研究和关注的焦点.然而,它的比表面积小、光生电子和空穴复合率高以及可见光利用率不足等弊...     

铈掺杂石墨相氮化碳的合成及可见光光催化性能

以硝酸铈和三聚氰胺为原料,采用热解法合成系列Ce掺杂石墨相氮化碳(g-C_3N_4).采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)、荧光光谱仪(PL)和X射线光电子能谱仪(XPS)等对样品进行了表征.结果表明,Ce掺杂使g-C_3N_4晶粒尺寸减小,比表面积增大,光生电子/空穴对复合几率降低,并影响到能带结构.在可见光下光催化降解亚甲基蓝水溶液的结果表明,Ce掺杂g-C_3N_4的可见光光催化活性远优于纯g-C_3N_4.其中,0.10-Ce-C_3N_4样品80 min内对亚甲基蓝的降解率高达98.51%,速率常数达0.0506 min~(-1),是纯g-C_3N_4的4.9倍.     

晶面异质结纳米二氧化钛/二维石墨相氮化碳复合材料的光催化性能研究

以晶面异质结纳米二氧化钛(TANT-HF)为负载物,二维石墨相氮化碳(2D-g-C3 N4)为载体,通过沉淀法合成TANT-HF/2D-g-C3 N4复合材料,利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、光致发光光谱(PL)等手段对合成的复合材料进行表征,并以罗丹明B为目标降...     

石墨相氮化碳/蒙脱石复合材料的制备及其可见光催化性能

为提高石墨相氮化碳(g-C₃N₄)对可见光的利用率及光催化效率,采用热聚合与直接负载等方法,将g-C₃N₄负载于蒙脱石表面,制备了g-C₃N₄/蒙脱石复合光催化材料,其结构经SEM, FT-IR及XRD表征。以罗丹明B(RhB)为目标污染物,研究了不同负载量g-C₃N₄/蒙脱石复合光催化剂的可见光催化性能。并分别以对苯醌、碘化钾和异丙醇为自由基捕获剂,研究了复合材料的光催化机理。结果表明：当g-C₃N₄的质量分数为83%(CN/M-83%)时,RhB经可见光照射1 h后,降解率达到99.2%。光催化速率常数为纯g-C₃N₄光催化速率常数的3.2倍。     

增大石墨相氮化碳层间距提升光催化制氢性能

石墨相氮化碳是一类非金属聚合物,其光催化特性,特别是在光催化水分解反应中的应用引起了广泛关注.目前,块体石墨相氮化碳的光催化性能主要受比表面积较大、光子利用率较低等因素的制约.前期大量研究主要采用异质元素掺杂、负载助催化剂、设计缺陷、构建异质结构等策略来进一步提升光催化性能.石墨相氮化碳具有二维层状的晶体结构,理论上其形貌和显微结构会对光催化性能有显著影响.因此,本文从调节材料本征结构这一角度,报道了一种调控石墨相氮化碳层间距的方法.将三聚氰胺和氯化铵混合后,通过微波快速加热,利用氯化铵分解过程中释放氨气这一特性,破坏石墨相氮化碳层间的范德华力,增大其层间距并成功获得了薄片状结构.同时,微波加热可以实现快速升温,有效避免了电炉加热煅烧时间较长导致前驱体挥发的问题.采用扫描电子显微镜、氮气等温吸脱附曲线、X射线衍射、红外光谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、光催化制氢和电化学测试等表征手段,研究了不同氯化铵含量对石墨相氮化碳层间距的作用以及调控层间距对光催化活性的影响.通过扫描电子显微镜观察,与三聚氰胺加热所得到的块状结构相比,适量的氯化铵(氯化铵质量比为11％)和三聚氰胺在微波快速加热处理后可以获得薄片状结构.氮气等温吸脱附曲线进一步证实了显微结构的变化,薄片状结构和块体结构相比BET比表面积提升了2.1倍.X射线衍射分析证实随着氯化铵含量的增加,(002)衍射峰位置左移,意味着层间距逐渐增大.红外光谱则没有明显的变化,说明氯化铵和三聚氰胺共烧并不会改变石墨相氮化碳的化学结构.光催化制氢测试发现,添加适量的氯化铵和三聚氰胺共烧可以明显提升光催化制氢性能.与块体材料(4.67μmol h?1)相比,层间距增大后光催化活性提升了约5倍(23.6μmol h?1).结合紫外-可见吸收光谱和电化学莫特肖特基测试,我们发现层间距增大后可以显著提升石墨相氮化碳的可见光吸收性质,减小带宽,并获得更为合适的能级结构.且样品的导电性能得到改善,有利于电荷传输,光生电子空穴对的分离效率进一步提升.以上结果说明调控石墨相氮化碳的层间距是一种简单有效提升催化剂光催化性能的手段.     

增大石墨相氮化碳层间距提升光催化制氢性能

石墨相氮化碳是一类非金属聚合物,其光催化特性,特别是在光催化水分解反应中的应用引起了广泛关注.目前,块体石墨相氮化碳的光催化性能主要受比表面积较大、光子利用率较低等因素的制约.前期大量研究主要采用异质元素掺杂、负载助催化剂、设计缺陷、构建异质结构等策略来进一步提升光催化性能.石墨相氮化碳具有二维层状的晶体结构,理论上其形貌和显微结构会对光催化性能有显著影响.因此,本文从调节材料本征结构这一角度,报道了一种调控石墨相氮化碳层间距的方法.将三聚氰胺和氯化铵混合后,通过微波快速加热,利用氯化铵分解过程中释放氨气这一特性,破坏石墨相氮化碳层间的范德华力,增大其层间距并成功获得了薄片状结构.同时,微波加热可以实现快速升温,有效避免了电炉加热煅烧时间较长导致前驱体挥发的问题.采用扫描电子显微镜、氮气等温吸脱附曲线、X射线衍射、红外光谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、光催化制氢和电化学测试等表征手段,研究了不同氯化铵含量对石墨相氮化碳层间距的作用以及调控层间距对光催化活性的影响.通过扫描电子显微镜观察,与三聚氰胺加热所得到的块状结构相比,适量的氯化铵(氯化铵质量比为11％)和三聚氰胺在微波快速加热处理后可以获得薄片状结构.氮气等温吸脱附曲线进一步证实了显微结构的变化,薄片状结构和块体结构相比BET比表面积提升了2.1倍.X射线衍射分析证实随着氯化铵含量的增加,(002)衍射峰位置左移,意味着层间距逐渐增大.红外光谱则没有明显的变化,说明氯化铵和三聚氰胺共烧并不会改变石墨相氮化碳的化学结构.光催化制氢测试发现,添加适量的氯化铵和三聚氰胺共烧可以明显提升光催化制氢性能.与块体材料(4.67μmol h?1)相比,层间距增大后光催化活性提升了约5倍(23.6μmol h?1).结合紫外-可见吸收光谱和电化学莫特肖特基测试,我们发现层间距增大后可以显著提升石墨相氮化碳的可见光吸收性质,减小带宽,并获得更为合适的能级结构.且样品的导电性能得到改善,有利于电荷传输,光生电子空穴对的分离效率进一步提升.以上结果说明调控石墨相氮化碳的层间距是一种简单有效提升催化剂光催化性能的手段.     

石墨相氮化碳的红外辅助微波法制备及光催化固氮性能

采用红外辅助微波法制备了可见光下具有优越固氮性能的石墨相氮化碳催化剂(g-C3N4).采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附、紫外-可见光谱(UV-Vis)、荧光光谱(PL)、N2-程序升温脱附(TPD)和电子顺磁共振谱(EPR)等对催化剂进行了表征.结果表明,微波处理在催化剂表面形成许多孔状结构,增大了催化剂的比表面积,抑制了催化剂光生电子-空穴的复合;微波处理还会产生大量氮空穴,这些氮空穴一方面可以吸附并活化氮气分子,另一方面可提升电荷从催化剂到氮气分子的界面转移能力,显著提高催化剂的光催化固氮性能.采用红外辅助微波法制备的g-C3N4催化剂比采用单纯微波法制备的催化剂具有更多的氮空穴,表现出更高的光催化固氮性能.     

石墨相氮化碳的模板法制备、表征及光催化性能测试综合化学实验

采用简单原料（单氰胺、硅溶胶）利用模板法制备石墨相氮化碳,并对所得产物进行结构表征与形貌分析。采用光催化降解亚甲基蓝实验评价石墨相氮化碳的可见光催化性能,得到降解反应动力学方程与降解速率常数。通过实验,可使学生熟悉纳米材料可控制备中常用的模板法,对产物的测试与表征有利于加深学生对光催化材料结构与性能的了解。实验涉及多个学科领域,有利于拓宽学生知识面,培养学生科研创新能力。     

石墨相氮化碳量子点的制备及应用的研究进展

近年来,石墨相氮化碳(g-C3N4)因其稳定的物理化学性能和良好的生物相容性而受到研究者关注。与块体g-C3N4相比,石墨相氮化碳量子点(g-CNQDs)尺寸更小、荧光效率更高,且具有量子限域效应,因此拥有特殊的理化性质与更好的光催化性能。本文主要从g-CNQDs的制备策略和应用展开讨论,着重综述了微波辅助法、低温固相法、热化学腐蚀法和电化学刻蚀法制备g-CNQDs,以及g-CNQDs在催化剂、离子检测、生物传感与诊疗等领域的最新应用研究进展;指出了目前g-CNQDs在性质、制备和应用等研究方面的重点和难点;最后对g-CNQDs存在的问题和未来的发展方向作出了展望。     

石墨相氮化碳纳米管的合成及光催化产氢性能

通过硬模板法,采用氰胺前驱物和二氧化硅纳米管(SiO₂-NTs)模板,合成石墨相氮化碳纳米管(CN-NTs)光催化剂。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、氮气吸附/脱附测试、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱、热重分析(TGA)等手段对CN-NTs催化剂的结构与性能进行表征。结果表明,CN-NTs的化学组成是石墨相氮化碳(g-C₃N₄),形貌为均匀的纳米管,且是介孔材料。与体相氮化碳(B-CN)和介孔石墨相氮化碳(mpg-CN)相比,CN-NTs的光吸收带边蓝移到440 nm,荧光发射谱的峰强减弱。在可见光(λ>420 nm)照射下,CN-NTs具有较高的光催化分解水活性,产氢速率为58 μmol/h,且表现出良好的光催化活性稳定性和化学结构稳定性。研究结果表明纳米管状结构能有效促进g-C₃N₄半导体激子解离,提高光生电子-空穴的分离效率,进而显著优化g-C₃N₄的光催化产氢性能。     

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。     

中空管状g-C3N4/Ag3PO4复合催化剂的制备及其可见光催化性能

用化学沉淀法制备中空管状g-C₃N₄/Ag₃PO₄复合催化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱对其结构、形貌和光学性能进行了表征。结果表明：Ag₃PO₄纳米颗粒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。研究复合催化剂在可见光照射下降解盐酸四环素(TC)的光催化活性。结果显示：复合催化剂在80 min内对TC的降解率为98%,其降解反应速率常数是纯相Ag₃PO₄的3倍。经过5次循环实验后复合催化剂对于TC的降解率仍保持87%,具有优良的循环稳定性。捕获实验表明空穴(h⁺)和超氧负离子(·O^-₂)是光催化反应过程中的主要活性物种。根据能带理论,提出了复合催化剂异质结的Z型光催化机理。     

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。     

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。     

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。     

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%。     

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%。     

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。     

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。     

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。