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.     

含咪唑环与嘧啶环的可可碱掺杂的氮化碳聚合物及其增强的光催化性能

氮化碳聚合物(PCN)是一种有潜力的聚合物型半导体光催化剂,具有原料廉价、物理化学稳定性好以及合适的带边等优点,使其在光催化分解水产氢产氧、降解染料以及抑菌等方面具有很大的潜力.但是由于高电负性的N原子被低电负性的C原子均匀地取代,增加了PCN内部电子传输的难度,使得光生电子–空穴对的复合度增加,进而光催化活性降低.由于PCN的分子结构可调控,所以可以通过分子掺杂来改变氮化碳分子结构,提高光催化活性.常用的分子有机分子,比如吡啶类化合物、嘧啶类化合物以及噻吩类化合物.研究发现,强电负性元素的引入可以改变氮化碳的电子分布,所以含有两个N原子的咪唑类化合物理论上对氮化碳的光催化活性提升帮助更大.由于此类化合物还未见有报道.因此,本文将同时含有咪唑环和嘧啶环的可可碱与尿素反应,生成了咪唑环与嘧啶环共掺杂的氮化碳聚合物,并通过一系列的表征方法验证了咪唑环与嘧啶环成功引入到氮化碳聚合物结构中;然后利用紫外可见光谱(UV-vis),荧光发射光谱(PL),电子顺磁共振(EPR)等实验与DFT理论计算共同验证了咪唑环与嘧啶环共掺杂的氮化碳光学性能;最后通过光催化分解水产氧和降解罗丹明B(RhB)来评价改性后氮化碳的活性.UV-vis测试结果表明,改性后的PCN不仅本征吸收发生红移,而且在波长450到550 nm之间有一个明显的吸收峰,这是由于引入咪唑环和嘧啶环后本征n→π~*电子跃迁所致.并且改性后的PCN的禁带宽度相比于未改性有所降低,说明其可利用的可见光范围增加.PL和EPR结果表明,改性后的PCN不仅光生载流子的复合得到了极大地抑制,而且能够产生更多的孤对电子.通过XPS价带谱,莫特–肖特基曲线以及DFT理论计算推断出改性前后PCN的带边位置,发现改性后PCN的价带位置更正,说明其产生的空穴氧化能力更强.光催化分解水产氧和降解RhB发现,最优改性样品CN40的产氧和降解RhB活性分别是未改性氮化碳的4.43倍和5.1倍.这说明通过咪唑环和嘧啶环共掺杂改性后的氮化碳的光催化活性确实得到了大幅度提升.最后通过添加各种牺牲剂和ESR/DMPO表明·O_2~-和空穴是降解RhB的主要因素.综上所述,通过咪唑环和嘧啶环共掺杂改性氮化碳聚合物,不仅提高了其光吸收能力,抑制了光生载流子的复合,产生更多的孤对电子,而且使得价带位置正移,提高了价带空穴的氧化能力,光催化活性显著提高.     

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。     

钴、碳共掺杂氮化碳的制备及其光催化分解水产氢性能

针对氮化碳可见光利用率低和在光催化过程中光生电子与空穴易于复合的缺点,通过钴、碳共掺杂提升其光催化性能。以尿素为前驱体,维生素B12（VB12）为钴源和碳源,将二者的混合物进行一步煅烧,制备钴、碳共掺杂氮化碳（CNCoC）。结果表明,钴、碳共掺杂对氮化碳的微观形貌、骨架结构和官能团都没有造成明显影响;但是增大了产物的比表面积,调节了产物的能带结构,增加了其对可见光的吸收。更重要的是,相比于单一元素碳的掺杂,钴、碳共掺杂具有协同作用,能够更有效地提升光生电子和空穴的分离和传递效率。因此,加入6 mg VB12制备的CNCoC-6的可见光光催化分解水产氢速率达到了56.1 μmol·h^-1,是纯氮化碳（CN）的3.05倍;而碳掺杂氮化碳（CNC-6）的产氢速率仅为CN的2.55倍。     

Fe-P共掺杂石墨相氮化碳催化剂可见光下催化性能研究

采用双氰胺、硝酸铁和磷酸氢二铵为原料制备Fe-P共掺杂石墨相氮化碳(g-C3N4).使用X射线衍射光谱(XRD)、N2吸附、紫外可见光谱(UV-Vis)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、荧光光谱(PL)、X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对制备的催化剂进行了表征.结果表明,引入掺杂剂可以抑制g-C3N4的晶粒生长,提高催化剂比表面积,降低带隙能,抑制光生电子和空穴的复合.在可见光下降解罗丹明B的实验表明Fe-P共掺杂g-C3N4的反应速率常数是纯g-C3N4的6倍.我们推测了P和Fe可能的掺杂态以及光催化反应机理.     

碲化镉量子点光催化降解溴化乙锭的研究

以巯基乙酸为稳定剂, 水相合成出不同粒径的碲化镉量子点, 对其进行适当的光照处理, 以提升其光学性质和稳定性. 将其用作光催化剂, 以紫外灯为光源, 降解具有强诱变作用的常用核酸荧光染料——溴化乙锭. 考察了光照时间和溶液 pH 对降解率的影响. 以溴化乙锭在620 nm处的特征荧光发射峰为参数表征降解率, 在反应4 h后, 对15 mg/L溴化乙锭水溶液的降解率近90%, 同时, 对琼脂糖凝胶中的溴化乙锭也有降解作用.     

氧掺杂氮化碳纳米片的制备及其光解水制氢性能

以草酸为氧源,二聚氰胺和尿素为原料,采用两步热聚合方式合成氧掺杂氮化碳纳米片催化剂(CNO)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、X射线光电子能谱分析(XPS)、荧光光谱(PL)及电化学测试等技术对催化剂进行结构表征分析。在可见光照射下通过分解水制氢反应对CNO的光催化还原性能进行评价。结果表明,草酸中的O元素通过取代氮化碳三嗪环结构中N原子直接键合到sp~2杂化碳上,形成O掺杂CNO。经O掺杂改性后的氮化碳具有良好的层状堆积结构,可见光吸收性明显提高,同时禁带宽度降低。O掺杂的引入加速了光生电子-空穴对的分离和传输,能大幅度提高氮化碳的光催化分解水制氢性能,在可见光照下达88.6μmol·h~(-1),是未掺杂CN的3.91倍。     

石墨相氮化碳量子点的简易水热制备和荧光性能

本文以线状石墨相氮化碳(Lg-CN)为原料,在无需强酸加入的情况下,利用简单的纯水中的水热反应成功制得了氮化碳量子点(CN QDs),并利用傅里叶变换红外光谱、X射线粉末衍射、透射电镜、X射线光电子能谱等对所得量子点的形貌和结构进行了表征,进而解释了量子点的形成机理;利用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱对其光学性质进行了研...     

磷掺杂碳量子点的制备及其在金丝桃苷检测中的应用

以五氧化二磷和柠檬酸为原料,采用自催化法快速制备了磷掺杂的碳量子点(P-CDs),通过透射电镜、红外光谱、X射线光电子能谱、紫外和荧光光谱对其进行表征。结果表明,P-CDs的粒径在5.0～10.2 nm范围内,表面含有羟基、羧基和含磷官能团。基于金丝桃苷(HP)对P-CDs的荧光猝灭作用,建立了一种检测HP的新方法。该方法具有高的选择性和灵敏度。在优化条件下,HP对P-CDs的荧光猝灭率(I_(F0)/I_F)与HP的浓度在0.22～55μmol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为78 nmol/L。该方法被成功用于药品复方木鸡颗粒中HP的检测,回收率为93.3%～107%,相对标准偏差为1.5%～1.7%。     

噻吩环掺杂氮化碳纳米片的制备及光催化性能

二次热剥离是合成二维氮化碳纳米片(CNN)的有效方法,进一步拓宽其可见光响应并优化光电转化效率是提升CNN光催化性能的有效策略。本工作采用原位聚合分子掺杂和二次热剥离相结合的方法,以2-氨基噻吩-3-甲腈为分子掺杂源,将噻吩环原位掺杂引入并稳定存在于CNN共轭杂环,制备了噻吩环掺杂的氮化碳纳米片光催化剂(CNN-Th_x)。经过二次热剥离后,产物保持二维杂化共轭聚合结构且噻吩环依然稳定掺杂于CNN共轭杂环。噻吩环掺杂引起π共轭体系进一步扩展,降低了产物禁带宽度,拓宽了可见光吸收范围,增强了光电转换效率;同时,二次热剥离协同噻吩掺杂引起更显著的n-π*跃迁,大幅提升了催化剂的光催化活性。在可见光照下对催化剂进行光解水制H₂及活化O₂制H₂O₂的性能测试。结果表明,CNN-Th_x具有显著增强的光催化还原性能,其中,CNN-Th₁₀的产氢活性达到322.8μmol·h^-1,4 h后生成H₂O     

氮缺陷石墨相氮化碳的制备及其光催化降解环境有机污染物性能

通过在三聚氰胺热分解过程中加入NaHCO₃制备出具有氮缺陷的石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,利用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、N₂吸附-脱附、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）和固体荧光光谱（PL）等方法对其进行表征,并在可见光（λ> 420nm）照射下,以水相中罗丹明B（RhB）的降解为模型反应,研究了该氮缺陷g-C₃N₄对有机污染物降解的光催化活性。结果表明,引入氮缺陷可以提高g-C₃N₄对可见光的吸收以及电子-空穴对的分离效率,进而提高g-C₃N₄的可见光催化活性。催化剂CNK0.005、CNK0.01和CNK0.05在30min内对RhB的降解率分别为79.8%、100.0%和87.6%;而在相同条件下,没有氮缺陷的g-C₃N₄对RhB的降解率仅为59.8%。     

铁掺杂氮化碳/BiVO4构建Z型光催化全解水

采用气相挥发法在聚合物氮化碳(PCN)结构中引入了适量的铁(Fe)掺杂组分,成功制备出具有可调Fe掺杂浓度的PCN半导体光催化剂, 其中0.55wt%Fe掺杂的PCN析氢催化活性(410μmol/h)为原始PCN的2.6倍并通过XRD、UV-Vis、PL、XPS、SEM等表征阐明了Fe掺杂对PCN的影响和作用机理。同时调控钒酸铋的生长环境（络合剂、水热时间、pH）合成了具备不同形貌的钒酸铋(BiVO4),进一步成功合成了暴露{010}和{-121}晶面的十面体BiVO4。Z型体系中还原和氧化过程分离,可以在不同催化剂上分别进行氧化还原反应,能够有效抑制逆反应的发生,同时扩宽光催化材料的设计和选择的可能性。以PCN作为产氢端催化剂,十面体BiVO4作为产氧端催化剂,以Fe3+/Fe2+作为离子对构建了Z型体系实现了光催化全解水。其中0.55wt%Fe掺杂的PCN-Fe/BiVO4表现出了更优异的光催化活性,全解水的产氢性能比未改性的PCN/BiVO4提升近一倍,进一步验证了气相挥发法掺杂Fe改性策略的有效性。这种基于催化剂（氮化碳）性质的掺杂改性方法对于催化剂的优化和设计以及构建Z型光催化全解水体系的探索具备一定的借鉴意义。     

双金属掺杂氮化碳光催化降解罗丹明B的研究

以三聚氰胺为前驱体,以硝酸铁和硝酸钴为原料,采用热解法制备双金属掺杂石墨相氮化碳(g-C_3N_4),对其进行傅立叶红外衍射光谱(FT-IR),X射线衍射光谱(XRD),氮气吸附-脱附图谱和电子扫描显微镜(SEM)等表征。结果显示,掺杂双金属并没有改变g-C_3N_4的晶体结构,且增加了g-C_3N_4的比表面积。在可见光下以罗丹明B为模型污染物,研究了双金属不同掺杂比例的g-C_3N_4的光催化降解性能。结果表明,当m(Fe(NO_3)_3∶m(Co(NO_3)_2)=8∶1,总质量为0. 01g时,120 min对罗丹明B的降解率达到89. 2%,是纯氮化碳的2倍。由反应动力学可得,其反应速率常数也达到纯g-C_3N_4的7倍。重复实验观察到催化剂具有较高的稳定性。     

高结晶氮化碳空心球的制备及其增强光催化产氢活性

石墨烯型氮化碳(g-C3N4)已经成为解决环境污染和能源危机问题的较为理想的光催化剂,但由于其较低的比表面积和较高的光生载流子重组效率而表现出较弱的光催化活性.因此,研究者们已经提出了许多策略,例如纳米结构设计,杂原子掺杂和增加结晶度,用来克服氮化碳的这些缺点,从而提高其光催化性能.其中,引起了较多关注的是增加g-C3...     

硼碘共掺杂氮化碳的制备及光解水制氢性能

以三聚氰胺为原料, 氧化硼为硼源, 碘化铵为碘源, 采用一步煅烧法合成了硼、 碘共掺杂氮化碳催化剂(CNBI). 利用X射线衍射仪、 透射电子显微镜、 傅里叶变换红外光谱仪、 X射线光电子能谱仪、 紫外-可见光分光光度计及电化学工作站等对样品进行表征和分析, 利用可见光照射下光解水制氢反应来评价其催化性能. 研究结果表明, B, I元素均匀分散掺杂入氮化碳共轭骨架形成B, I共掺杂CN半导体材料. 相比于未掺杂材料CN, B, I共掺杂CN样品禁带宽度略微降低, 光吸收能力增强, 光生电子-空穴对的分离效率提高, 这主要归因于B, I元素的电负性差异有助于氮化碳光生电子和空穴的重新分散. 共掺杂样品CNBI(0.1, 0.3)具有最佳光解水制氢性能, 在可见光照射下产氢速率达104.3 μmol/h, 分别是纯CN(22.74 μmol/h)的4.6倍, B掺杂氮化碳CNB(0.1)(51.92 μmol/h) 的2.0倍及碘掺杂氮化碳CNI(0.3)(33.37 μmol/h) 的3.1倍.     

碳点修饰多孔ZnO纳米棒增强光催化性能

Porous ZnO nanorods that displayed excellent photocatalytic degradation of organic pollutants (RhB and phenol) were prepared via a solvent thermal method followed by surface modification with carbon dots (C-dots) using a deposition method. The photocatalysts were characterized using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy. The degradation of the organic pollutants using the nanorods was tested under Xe-light illumination and was enhanced following C-dot modification. Nanorods that were modified by the C-dots at a mass fraction of 1.2% (CZn1.2) exhibited the highest photocatalytic activity for the degradation of RhB, which was 2.5 times of the pure porous ZnO nanorods. Additionally, the modified nanorods with strangely oxidation ability could catalyze the degradation of phenol by open-rings reaction under Xe-light illumination. The improved photocatalytic activity was attributed to the effective separation of the photogenerated electrons and holes, in which the C-dots served as the receptor of the photogenerated electrons.     

微波法合成磷掺杂石墨相氮化碳催化剂及n-π^(*)电子跃迁对其光催化固氮性能的影响北大核心CSCD

通过微波处理制备了具有优异光催化固氮性能的磷掺杂石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))催化剂.采用XRD、N_(2)吸附、UV-Vis、SEM、XPS、ESR、PL等测试手段对制备的催化剂进行了表征.结果表明,P掺杂与微波处理工艺相结合能破坏g-C_(3)N_(4)中平面对称性的结构单元,激发了n-π^(*)电子跃迁过程.制备催化剂的吸收边界从465移动至600 nm处,明显促进了对可见光的吸收.P掺杂和微波处理的协同效应也提高了催化剂的比表面积和电子空穴对的分离效率.制备的催化剂的NH_(4)^(+)产率最高达到6.5 mg·L^(-1)·g_(cat)^(-1),是纯g-C_(3)N_(4)的13.5倍以上,且具有良好的光催化稳定性,为拓宽催化剂的光响应范围提供了新的途径.     

非金属掺杂石墨相氮化碳光催化的研究进展与展望

Since Fujishima and Honda demonstrated the photoelectrochemical water splitting on TiO₂ photoanode and Pt counter electrode, photocatalysis has been considered as one of the most promising technologies for solving both the problems of environmental pollution and energy shortage. This process can effectively use solar energy, the most abundant energy resource on the earth, to drive various catalytic reactions, such as water splitting, CO₂ reduction, organic pollutant degradation, and organic synthesis, for energy generation and environmental purification. Except for the various metal-based semiconductors, such as metal oxides, metal sulfides, and metal oxynitrides, developed for photocatalysis, graphitic carbon nitride (g-C₃N₄) has attracted significant attention in the recent years because of its earth abundancy, non-toxicity, good stability, and relatively narrow band gap (2.7 eV) for visible light response. However, g-C₃N₄ suffers from insufficient absorption of visible light in the solar spectrum and rapid recombination of photogenerated electrons and holes, thus resulting in low photocatalytic activity. Until now, various strategies have been developed to enhance the photocatalytic activity of g-C₃N₄, including element doping, nanostructure and heterostructure design, and co-catalyst decoration. Among these methods, element doping has been found to be very effective for adjusting the unique electronic and molecular structures of g-C₃N₄, which could significantly expand the range of photoresponse under visible light and improve the charge separation. Especially, non-metal doping has been well investigated frequently to improve the photocatalytic activity of g-C₃N₄. The non-metal dopants commonly used for the doping of g-C₃N₄ include oxygen (O), phosphorus (P), sulfur (S), boron (B), and halogen (F, Cl, Br, I) and also carbon (C) and nitrogen (N) (for self-doping), as they are easily accessible and can be introduced into the g-C₃N₄ framework through different physical and chemical synthetic methods. In this review article, the structural and optical properties of g-C₃N₄ is introduced first, followed by a brief introduction to the modification of g-C₃N₄ as photocatalysts. Then, the progress in the non-metal doped g-C₃N₄ with improved photocatalytic activity is reviewed in detail, with the photocatalytic mechanisms presented for easy understanding of the fundamentals of photocatalysis and for guiding in the design of novel g-C₃N₄ photocatalysts. Finally, the prospects of the modification of g-C₃N₄ for further advances in photocatalysis is presented.     

氮磷共掺杂石墨烯量子点/Bi5O7I复合材料的构筑及增强的光催化降解性能(英文)

碘氧铋(Bi OI)半导体光催化剂具有独特的层状结构与宽的光吸收范围,在光催化降解污染物方面表现出较好的催化活性.然而,较窄的带隙加快了光生电子空穴对的复合,大大限制了Bi OI光催化剂的发展应用.研究表明,通过富铋策略调控卤氧铋材料中的卤素含量,可以实现对其能带结构的可控调控.本文通过构筑氮磷共掺杂石墨烯量子点/Bi₅O₇I(NPG/Bi₅O₇I)复合光催化材料,不仅提高了Bi₅O₇I材料对可见光的吸收能力,同时增大了光生电子空穴对的分离效率,显著提升了NPG/Bi₅O₇I复合材料的光催化降解性能.本实验通过简单的离子液体辅助溶剂热方法合成了NPG/Bi₅O₇I复合光催化材料.采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)等表征手段证明已经成功...