石墨相氮化碳光催化剂研究进展

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种可见光响应的半导体聚合物光催化剂,具有廉价易得、化学稳定性好、无毒无害以及合适的禁带宽度和能带位置等优点,但也存在只能吸收波长小于475nm的光且光生载流子复合严重等问题,需要对其进行改性来提高光催化能力。本文在介绍g-C₃N₄的结构、特性和制备方法的基础上,着重评述了g-C₃N₄在形貌调控、半导体复合、元素掺杂、分子掺杂和染料敏化等改性手段方面的研究进展以及在降解有机污染物、分解水制氢、还原CO₂和有机合成等方面的应用。最后指出g-C₃N₄未来的研究方向在于用多种手段共同改性g-C₃N₄、拓展g-C₃N₄在光催化领域的应用和深入进行机理研究等方面。     

BiOCl/g-C3N4异质结催化剂可见光催化还原CO2

以KCl、Bi（NO₃）₃和类石墨氮化碳（g-C₃N₄）为前体,采用水热法成功制备了BiOCl/g-C₃N₄异质结光催化剂,并进行可见光催化还原CO₂,考察了催化剂的活性及稳定性,同时研究BiOCl：g-C₃N₄（摩尔比）、催化剂用量和光照强度对光催化还原CO₂的影响。结果表明,在水蒸气的存在下,BiOCl/g-C₃N₄较纯BiOCl和g-C₃N₄具有更高的光催化还原CO₂活性,在催化剂用量为0.1 g,光照强度为2.413×10^-6 einstein·min^-1·cm^-2,BiOCl：g-C₃N₄摩尔比为1：1的异质结催化剂显示了最高的光催化还原CO₂活性,且可见光催化剂在5次套用实验后其活性基本不变。基于X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、比表面积测试（BET）和紫外-可见（UV-vis）吸收光谱表征,可以推断BiOCl和g-C₃N₄之间形成的p-n结能有效分离光生电子和空穴,是增强光催化剂活性的主要原因。     

g-C3N4/BiVO4异质结的制备及其在环境治理中的应用

通过负载法成功制备了g-C₃N₄/BiVO₄异质结,采用XRD、SEM、BET、UV-Vis DRS、Mott Schottky、SPV等技术对样品的结构与性质进行分析,以光催化降解RhB和光催化还原CO₂评价其光催化活性。结果表明,g-C₃N₄和BiVO₄能带结构匹配,能够组成“Z”型异质结,并有效提高光生载流子的分离效率,同时保留g-C₃N₄导带电子较强的还原性和BiVO₄价带空穴较强的氧化性,最终提高光催化活性,其中当g-C₃N₄的负载量为3%时,样品展现了最佳的光催化活性,在光催化降解RhB实验中,经过180min光照后,降解率达到95.3%,反应速率常数达到0.0166min^-1;而在光催化还原CO₂的实验中,经过4h光照后,CO和O₂的产量达到70....     

石墨相氮化碳的光催化应用研究

光催化技术利用太阳能激发出半导体的氧化还原活性，是一项环境友好型技术。石墨相碳氮碳(g-C₃N₄)是一种非金属半导体聚合物，它在各类光催化研究中表现出优异的光催化活性。总结了光催化技术在减缓化石能源危机和解决环境污染方面的应用，论述了g-C₃N₄在各技术中的光催化反应原理，并扼要分析了g-C₃N₄在光催化领域的发展趋势。     

石墨相氮化碳基材料光催化还原除铀研究进展

将光催化技术应用于含铀废水处理具有广阔的前景。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)基催化剂因具有合适的能带结构、出色的稳定性以及光电性能,成为了研究最多的光催化除铀材料。因此本文综述了g-C₃N₄基材料在光催化还原除铀中的研究进展,探讨了光催化除铀的机理、g-C₃N₄基光催化剂的合成技术及研究现状,指出了g-C₃N₄基材料光催化还原除铀的应用挑战并展望了未来的发展前景。     

Z型g-C3N4/WO3·H2O的制备及其光催化CO2还原性能

以石墨相氮化碳(g-C₃N₄)和二水合钨酸钠为原料,采用水热合成法制备了复合材料g-C₃N₄/WO₃·H₂O(CNW-1),通过XRD、XPS、SEM、TEM对其进行了表征,探究了298 K、0.1 MPa条件下其对CO₂的可见光催化还原性能,并提出了可能的反应机理。通过调控WO₃结晶水含量可以实现CO和CH₄的产率调节,在反应10 h后,CNW-1具有最高的CH₄产率(0.33μmol/g),而g-C₃N₄/WO₃(CNW)具有最高的CO产率(0.67μmol/g)。该研究为CO₂选择性还原为C1化合物提供了一种有效策略,同时突出了以g-C₃N₄作为半导体构建Z型光催化体系在催化领域的应用潜力。     

碳量子点修饰g-C3N4/SnO2复合材料光催化性能

以四氯化锡五水合物、乙二醇和氨水为原料,在微波辅助水热条件下快速合成氧化锡纳米颗粒,以尿素 为前体在马弗炉中退火得到g-C₃N₄,使用柠檬酸和乙二胺为原料水热合成碳量子点。室温下,将碳量子点/ g-C₃N₄/SnO₂在通风橱中进行搅拌得到碳量子点负载的氮化碳/氧化锡复合材料。通过透射电子显微镜（TEM）、 X射线衍射（XRD）、氮气吸附-解吸等温线（BET）、紫外-可见分光光度计（UV-vis）、电子自旋（顺磁）共振波谱仪（ESR）对复合材料的形貌、结构特征、吸光度和光催化过程中的活性物质等进行表征和分析,并通过在紫外光下降解罗丹明B（RhB）测试样品的光催化性能。试验结果表明,紫外-可见分光光谱吸收边缘的红移说明碳量子点负载后能提高复合材料在可见光区域的响应,光催化试验表明碳量子点负载能提高g-C₃N₄/SnO₂复合材料的光催化性能,当碳量子点负载量为7%时复合材料的降解效率最高,在3h内对RhB的降解效率为97%。此外,微波辅助水热法能在短时间内大量合成氧化锡纳米颗粒,且氧化锡纳米颗粒具有较小的晶粒尺寸（8.5nm）,可以高效制备并应用于环保领域。     

四氧化三钴/石墨相氮化碳复合光催化剂的研究进展

四氧化三钴(Co₃O₄)和石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是近年来被广泛研究的光催化材料,将Co₃O₄和g-C₃N₄复合可以实现光生载流子的有效分离和迁移、促进协同作用,从而获得高效的Co₃O₄/g-C₃N₄复合光催化剂。综述了国内外Co₃O₄/g-C₃N₄复合光催化剂的制备方法及其应用研究进展,并探讨了其光催化机理,为Co₃O₄/g-C₃N₄复合光催化剂的开发和应用研究提供了参考。     

多孔g-C3N4基光催化材料的制备及应用研究进展

多孔g-C₃N₄基光催化材料由于具有较高的比表面积、丰富的反应活性位点和较短的电子传递路径等特点,能较好地解决块体g-C₃N₄基材料存在的比表面积小、光生载流子复合快及可见光利用效率低等问题,因而具有广阔的发展前景和应用潜力。本文主要从以下方面进行综述：多孔g-C₃N₄基光催化材料常用的制备方法,包括硬模板法、软模板法、水热合成法、热聚合法、超分子自组装法;多孔g-C₃N₄基材料在光催化领域的应用,包括光解水制氢、光催化降解有机污染物、光催化去除氮氧化物和光催化还原CO₂等;最后指出了当前影响多孔g-C₃N₄基光催化材料发展的关键问题,并对其在光催化领域的应用前景进行了展望。     

甲酸铵处理对氮化碳光催化性能的影响

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为环境友好型材料在半导体光催化领域广受关注,然而未经改性的g-C₃N₄光吸收范围窄,仅能对太阳光谱中蓝紫光区响应,同时比表面积小,且光生载流子分离及迁移速率慢,导致光催化性能不佳。本文以g-C₃N₄为研究对象,将甲酸铵(NH₄HCO₂)和硫脲(CH₄N₂S)按不同比例混合,在马弗炉中520℃下高温煅烧(升温4 h保温2 h),制得C元素掺杂的石墨相氮化碳。g-C₃N₄中掺杂C元素可提高光吸收能力、调整电荷密度、促进光生载流子解离,从而显著提高其光催化效率。通过降解模拟污染物罗丹明B(RhB)发现,当n(CH₄N₂S)∶n(NH₄HCO₂)=1∶0.04时表现出最好的光催化活性,其对罗丹明B的降解效率几乎能达到1...     

CeO2/g-C3N4复合光催化剂的制备及其性能研究

采用高温聚合有机物前驱体的方法,以三聚氰胺为前驱体,制得类石墨型氮化碳(g-C₃N₄)粉末,采用水热法制得CeO₂/g-C₃N₄复合光催化剂,对其进行了表征,考察了CeO₂/g-C₃N₄复合光催化剂在可见光下处理亚甲基蓝的性能,并对CeO₂/g-C₃N₄复合光催化剂进行回收实验、吸附实验以及光催化动力学分析。结果表明,CeO₂/g-C₃N₄中g-C₃N₄和CeO₂分别为石墨相和萤石相,复合CeO2使得g-C₃N₄的吸附性能有了大的提高,15 min能达到吸附平衡,吸附82.5%的亚甲基蓝;45 min后对亚甲基蓝处理率达到99.45%,远远快于g-C₃N₄。CeO₂/g-C₃N₄在5次使用后仍然可以保持73.1%的净化效果。亚甲基蓝处理过程包括吸附和光解2部分,光解反应符合一级动力学方程。     

质子化氮化碳的制备及其复合材料的光催化性能

分别采用硫酸、盐酸和硝酸对尿素热解得到的体相块状石墨相氮化碳(g-C_3N_4)进行质子化改性,超声剥离得到氮化碳纳米片,考察3种质子化氮化碳纳米片对亚甲基蓝染料的光催化降解性能,利用XRD、FT-IR、SEM、BET、UV-DRS、UV-VIS等对其结构、形貌、比表面积、禁带宽度进行分析。结果表明,硫酸改性后的g-C_3N_4比表面积最大(60. 9 m~2·g~(-1)),亚甲基蓝降解效果最好,降解率为46. 7%,相比于体相块状g-C_3N_4的29. 2%提高了17. 5个百分点。以硫酸质子化改性的g-C_3N_4为前驱体,采用搅拌法制备得到质子化g-C_3N_4/石墨烯复合材料,其光催化降解亚甲基蓝的降解率为81. 7%,较硫酸质子化g-C_3N_4提高了35. 0个百分点。     

石墨相氮化碳纳米片膜研究进展

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）纳米片由于具有本征孔、高孔密度、高稳定性、高力学强度、大比表面积、化学环境可调节等特性,在气体分离、渗透汽化、脱盐等膜分离工艺中具有独特的优势,从而引起了研究人员的广泛关注。本文介绍了g-C₃N₄纳米片的结构和性质,总结了g-C₃N₄纳米片的制备方法,阐述了不同形式的g-C₃N₄纳米片基分离膜,讨论了g-C₃N₄纳米片膜在分离中的应用,提出了g-C₃N₄纳米片膜的存在的问题和未来的发展趋势。     

Pomelo biochar as an electron acceptor to modify graphitic carbon nitride for boosting visible-light-driven photocatalytic degradation of tetracycline

In this study, biochar (BC) derived from pomelo was prepared via a high-temperature calcination method to modify the graphitic carbon nitride (g-C₃N₄) to synthesize the BC/g-C₃N₄ composite for the degradation of the tetracycline (TC) antibiotic under visible light irradiation. The experimental results exhibit that the optimal feeding weight ratio of biochar/urea is 0.03:1 in BC/g-C₃N₄ composite could show the best photocatalytic activity with the degradation rate of tetracycline is 83% in 100?min irradiation. The improvement of photocatalytic activity is mainly attributed to the following two points: (i) the strong bonding with π-π stacking between BC and g-C₃N₄ make the photogenerated electrons of light-excited g-C₃N₄ transfer to BC, quickly and improve the separation efficiency of carriers; (ii) the introduction of BC reduces the distance for photogenerated electrons to migrate to the surface and increases the specific surface area for providing more active sites. This study provides a sustainable, economical and promising method for the synthesis of photocatalytic materials their application to wastewater treatment.     

石墨相氮化碳的可控制备及其在能源催化中的应用

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）具有独特的电子结构和化学特性,作为非金属催化剂,近年来尤其在清洁和可持续能源领域显示了光明的应用前景,引起了相关领域研究人员的广泛关注。综述了g-C₃N₄纳米材料的可控制备及其在氧还原、光催化分解水制氢、二氧化碳还原、光固氮等能源催化重要方面的国内外近期进展,并讨论了此领域中的关键问题和未来的发展趋势。     

Tuning nitrogen defects and doping sulfur in carbon nitride for enhanced visible light photocatalytic activity

Defect construction and heteroatom doping are effective strategies for improving photocatalytic activity of carbon nitride (g-C₃N₄). In this work, N defects were successfully prepared via cold plasma. High-energy electrons generated by plasma can produce N defects and embed sulfur atoms into g-C₃N₄. The N defects obviously promoted photocatalytic degradation performance that was 7.5 times higher than that of pure g-C₃N₄. The concentration of N defects can be tuned by different power and time of plasma. With the increase in N defects, the photocatalytic activity showed a volcanic trend. The g-C₃N₄ with moderate concentration of N defects exhibited the highest photocatalytic activity. S-doped g-C₃N₄ exhibited 11.25 times higher photocatalytic activity than pure g-C₃N₄. It provided extra active sites for photocatalytic reaction and improved stability of N defects. The N vacancy-enriched and S-doped g-C₃N₄ are beneficial for widening absorption edge and improving the separation efficiency of electron and holes.     

g-C3N4基复合纳米材料光催化性能研究进展

g-C₃N₄可见光利用率高,具有非常好的光催化性能,是一种新型的无金属半导体光催化材料,然而电导率低,易团聚,光生载流子容易复合限制了其在实际生产中的应用。为进一步提高g-C₃N₄基复合材料的光催化性能,研究者做了大量修饰工作,并取得显著成果。本文主要从半导体材料耦合(细分为原子层沉积法和三元纳米材料复合)、贵金属修饰和量子点敏化三个方面概括了近年来对g-C₃N₄的修饰改性工作,探究了g-C₃N₄基复合材料在光催化降解有机污染物、光解水制氢、催化“记忆”效应和降解重金属等不同领域方面取得的成效。指出g-C₃N₄基复合材料发展面临的问题,最后对g-C₃N₄基复合材料未来的发展提出了展望。