TiO2@H+/g-C3N4复合材料的光催化产氢性能及机理分析

本文研究了TiO₂含量对TiO₂@H⁺/g-C₃N₄异质结光催化剂产氢性能的影响。首先将石墨相氮化碳(g-C₃N₄)用硫酸处理,得到酸洗氮化碳(H+/g-C₃N₄),然后通过煅烧法在H+/g-C₃N₄表面负载TiO₂得到TiO₂@H⁺/g-C₃N₄复合材料,利用透射电镜、 X射线衍射仪、紫外-可见漫反射仪和比表面仪对TiO₂@H⁺/gC₃N₄复合材料进行了表征,研究了其在可见光下的光催化产氢性能,探讨了TiO₂@H⁺/g-C₃N₄复合材料光催化产氢机理。实验结果表明：...     

Bi4MoO9/g-C3N4复合材料的合成及光催化性能研究

通过煅烧法合成g-C₃N₄纳米片并在其表面负载Bi₄MoO₉纳米粒子(NPs),制备了Bi₄MoO₉/g-C₃N₄(BMC)异质结光催化剂. 采用TEM、SEM、DRS、PL等方法对BMC样品进行表征. 以磺胺二甲基嘧啶(SMT)为目标降解物,考察BMC的光催化性能. 结果表明,BMC-50(Bi₄MoO₉质量分数为50.0%)的光催化活性最高. BMC-50投加量为0.5 g·L^-1时,SMT溶液在光照180 min后降解率可达94.0%,是单一Bi₄MoO₉降解能力的17.7倍. 复合材料中Bi₄MoO₉与g-C₃N₄间异质结构的构建降低了电子-空穴对的复合,提高了光催化性能.     

WO3/g-C3N4复合光催化剂的制备及性能研究

采用溶剂热法合成具有Z型异质结构的WO₃/g-C₃N₄复合光催化材料,采用XRD、XPS、SEM等表征测试了材料的组成、形貌等,考察其光催化性能及对盐酸四环素(TC)的降解能力,并研究了WO₃/g-C₃N₄的降解机理.与WO₃、g-C₃N₄相比,WO₃/g-C₃N₄复合材料降解效果明显提高,其中WCN-3(WO₃/g-C₃N₄-3)的催化能力最优.复合材料光催化活性增强可归因于其较大的比表面积为光催化反应提供了更多的活性位点. PL测试结果显示复合材料中光生电子-空穴复合被显著抑制,自由基捕获实验证实参与光催化降解的主要活性成分是超氧基自由基(·O^-₂)和空穴(h⁺).     

β-FeOOH/U-g-C3N4异质结的制备及光电催化析氢性能

通过两步合成法合成了新型的β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结光催化剂。首先通过热聚合制备超薄g-C₃N₄（U-g-C₃N₄）样品,然后通过超声技术以U-g-C₃N₄和FeCl₃·6H₂O为前驱体制备β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结。系统研究了铁盐种类、前驱体质量比、pH值和超声时间等合成条件对β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结光催化析氢性能的影响。具有最佳析氢性能的β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结的比表面积为47.7 m²·g^-1,是U-g-C₃N₄的3倍;与U-g-C₃N₄相比,β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结的能带隙从2.70 eV降低到2.02 eV,吸收边带从472 nm红移至583 nm。另外,光催化制氢反应中β-FeOOH/U-g-C₃N₄异质结的Tafel斜率为87.2 mV·dec^-1,低于U-g-_C3N₄的147.4 mV·dec^-1和β-FeOOH的156.8 mV·dec^-1。结果表明复合产物较U-g-C₃N₄具有更高的光电催化活性。光电催化活性提高应归因于β-FeOOH和U-g-C₃N₄形成了异质结,界面电子通过碳物质可以更高效地转移,同时产生了较多的活性反应位点。因此,通过超声法将β-FeOOH和U-g-C₃N₄复合是一种制备较高光电催化活性且稳定的光电催化材料的有效策略之一。     

CuS nanotube/g-C3N4异质结的合成及光催化性能

以CuCl₂·2H₂O、SC（NH₂）₂和g-C₃N₄纳米片作为前驱体,在室温下采用简单的共沉淀法成功地制备了CuS nanotube/g-C₃N₄异质结。对碱源、g-C₃N₄加入顺序和反应时间等合成条件对CuS nanotube/g-C₃N₄异质结的光催化性能的影响进行了较系统的研究。结果表明:碱源是合成的关键因素。以Na₂S·9H₂O为碱源兼硫源,制备的CuS nanotube/g-C₃N₄异质结的光吸收边带明显红移,禁带宽度（E_g）和荧光强度明显降低,且光电流响应值为0.095 6 μA/cm²,相对于bulk g-C₃N₄提高了约3.1倍。将其用于光催化降解罗丹明B（RhB）,45 min内RhB降解率约达100%,其降解速率相对于bulk g-C₃N₄提高了约47.6倍,这些结果说明CuS nanotube/g-C₃N₄具有较高的光电催化活性。并提出了CuS nanotube/g-C₃N₄异质结在光催化过程中载流子迁移转化的机理。     

大比表面积介孔g-C3N4材料的制备及其产氢性能

为获得大比表面积和优异产氢性能的石墨相氮化碳(g-C₃N₄),将单氰胺和甲醛溶液溶入二氧化硅(SiO₂)溶胶,形成单氰胺、甲醛和SiO₂凝胶组成的杂化前驱体,并将该杂化前驱体在通气条件下煅烧以制备介孔g-C₃N₄(命名为VCN),在密闭条件下煅烧以制备介孔g-C₃N₄(命名为ACN);利用透射电镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱等对介孔g-C₃N₄的形貌、晶体结构等进行表征,通过荧光光谱和气相色谱仪等分析介孔g-C₃N₄的产氢性能。结果表明：VCN在获得大比表面积(约312 m²/g)的同时,拓宽了光吸收范围(约760 nm),提高了光致电子-空穴对分离效率。加入40 mg甲醛的VCN(VCN-40)具有最佳的产氢速率,为2826μmol/(h·g),比通气条件下未加入甲醛的g-C₃     

Ni-L/g-C3N4复合材料光催化降解甲基橙性能的研究

为了提升g-C₃N₄的光催化降解性能,引入一种Ni金属配合物对g-C₃N₄进行改性.利用水热法合成基于1,3-二-(4′-(5′-四唑基)苯氧基)苯甲酸的Ni配合物Ni-L,将Ni-L负载到g-C₃N₄上,得到Ni-L/g-C₃N₄复合材料.对Ni-L/g-C₃N₄进行XRD、SEM表征,对不同负载量的复合物进行荧光性能表征.通过探究复合光催化剂的不同Ni-L负载量以及不同pH条件对光催化降解甲基橙效率的影响,得出结论：当pH=2时,50 mg负载量为50%的Ni-L/g-C₃N₄复合光催化剂降解50 mg/L的甲基橙溶液,光照时间为90 min时,降解效率可达100%.     

ZnO/g-C3N4光催化剂在微流控芯片中的光催化性能

采用浸渍法合成ZnO质量分数不同的ZnO/g-C₃N₄复合光催化剂,分析样品的结构、形态、化学组成和光学性能等. 将制备好的样品固定到微流控芯片中,降解不同的染料（亚甲基蓝、中性红、孔雀石绿、罗丹明B）,评价样品在可见光下的光催化性能. 样品的表征结果表明,在ZnO/g-C₃N₄复合物中,ZnO、g-C₃N₄间存在相互作用,ZnO/g-C₃N₄复合物对可见光的利用更为充分;与g-C₃N₄相比,在ZnO/g-C₃N₄复合物中光生电子-空穴对的复合明显被抑制. 光催化实验结果表明,6 % ZnO/g-C₃N₄具有最佳光催化性能,在光照强度为60 klx,液体流速为20 μL/min时,其对罗丹明B溶液的降解效率为98.9%.多次循环后的光催化降解亚甲基蓝性能研究表明,样品在微流控芯片中进行光催化降解实验具有稳定性和可靠性.     

玻纤负载TiO2/g-C3N4光催化膜的制备及降解染料性能

为解决光催化剂效率不高、粉末难回收且易造成二次污染等问题,采用浸渍法制备了玻璃纤维负载TiO₂/gC₃N₄光催化膜(命名为TCNGF)。TiO₂和g-C₃N₄纳米颗粒通过静电自组装在玻璃纤维表面形成了均匀无裂痕的薄膜,重量法测得催化剂负载量(质量分数)为4%。降解实验结果表明：以TCNGF为催化剂,在模拟太阳光下,10 mg/L的罗丹明B(RhB)溶液在40 min的降解率达到98%,4次循环降解实验的脱色降解率均高于99%,且溶液中无絮状沉淀产生,表明催化剂优异的催化活性、附着牢度和循环稳定性。催化结果表明：适量提高TiO₂和g-C₃N₄的质量比,催化膜内异质结量增多,促使光生活性自由基增多,染料降解速率增快;初始染料浓度对TCNGF光催化降解性能无明显影响。自由基捕获实验证明：超氧自由基(·O₂^-)和羟基自由基(·OH)在光催化反应过程中为主要...     

光催化材料石墨相氮化碳的合成、改性及应用

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种对环境温和的半导体材料,在光催化领域具有良好的应用前景。但是,纯g-C₃N₄因比表面积小、光生载流子分离难等缺点影响了其光催化性能,限制了其大规模应用,因此对g-C₃N₄进行改性使其光催化性能得到提升具有重要意义。从合成方法和改性策略出发,综述了近年来g-C₃N₄光催化剂的研究进展,并总结了g-C₃N₄光催化剂在废水处理降解污染物、产H₂及产H₂O₂等领域的应用发展。结果表明,改性后的g-C₃N₄光催化剂性能得到了巨大的提升。最后,对g-C₃N₄的发展方向进行了展望。     

Ca原子修饰的g-C3N4增强储氢能力的机理研究

利用第一性原理计算,发现Ca原子修饰的g-C₃N₄（Ca-C₃N₄）具有高的储氢能力。H与Ca-C₃N₄之间增强的吸附能主要归功于H-1s和Ca-1s轨道之间较强的化学吸附以及H-1s和Ca-3d轨道之间的杂化。在外加电场下,Ca与g-C₃N₄之间的极化具有良好的可调特性,这对于H的吸附和释放具有重要的作用。该理论计算结果能够为提高金属原子修饰的g-C₃N₄的储氢能力开辟一条可行之路。     

石墨相氮化碳的制备、改性及应用

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种经典的非金属半导体光催化剂，具有物理化学特性稳定、能带结构合理、原料廉价易得、安全无污染等优势，在环保净化与能源催化等领域有良好的应用发展前景，近年来引起了广泛重视。但是，由于g-C₃N₄具有比表面积小、对可见光的吸收功能较低、光生电子与空穴复合率较高等缺点，严重影响了其应用。综述了g-C₃N₄的基本构造、特点、主要改性方式和国内外近年来g-C₃N₄的实际应用，其中改性方式涉及元素掺杂、形貌调控、贵金属沉积等。     

碱金属改性g-C3N4及其对氮气吸附影响的理论研究

研究了碱金属改性对g-C₃N₄光催化剂的影响,利用密度泛函理论从几何和电子结构的角度阐述了不同碱金属改性对提高光催化活性的微观机理。结果表明,Li、Na、K、Rb原子随着核外电子层数的增加,碱金属和g-C₃N₄的结合能越来越弱,对g-C₃N₄结构的影响也越来越弱。电子结构分析可知,Li、Na、K原子对g-C₃N₄具有活化作用,Rb原子对g-C₃N₄表面有钝化作用。同时模拟了N₂分子在M-g-C₃N₄ (M=Li、Na、K、Rb)上的吸附,理解N₂分子与碱金属之间的作用机理,通过分析N₂吸附的吸附能、结构参数和电子特性,发现Li、Na原子对N₂吸附的影响更大,N₂的N—N键长伸长,K和Rb原子对N₂基本没有作用。碱金属改性g-C₃N₄比纯g-C₃N₄更有利于N₂分子的吸附,但是随着碱金属原子半径的增加,吸附能力越来越弱,电子的转移也越来越少,即活化N₂分子的能力按照Li、Na、K、Rb的顺序降低。     

固态电解质LiZr2(PO4)3的掺杂及其在电极中的应用

NASICON型固态电解质磷酸锆锂(LZP)具有优异的结构稳定性和性能可靠性，但其在室温下的锂离子电导率较低，限制锂离子的传输。针对上述问题，采用溶胶凝胶法对磷酸锆锂电解质材料进行阳离子掺杂，提高材料的电导率，进而提升锂离子在材料中的输运能力。同时，将掺杂的磷酸锆锂电解质对电极进行修饰，提升电极本身的锂离子输运性能。探究了离子掺杂电解质对电极的锂离子扩散动力学性能的影响机理。实验结果表明，LiTi_0.25Zr_1.75(PO₄)₃对电极的锂离子扩散动力学性能提高最为显著，锂离子扩散系数达到3.25×10^-14cm²·S^-1,是未修饰电极的2.95倍，同时在5C倍率下，LiTi_0.25Zr_1.75(PO₄)₃修饰的电极比未修饰电极比容量提高了25.48 mAh·g^-1。     

Pt/CoMoO4纳米复合材料的制备及对葡萄糖电催化

超灵敏和高抗干扰性葡萄糖检测对于糖尿病的临床诊断相当重要。采用水热法在泡沫镍基体上生长CoMoO₄纳米棒,进一步利用电化学沉积技术在CoMoO₄上制备纳米Pt,获得Pt/CoMoO₄复合材料。扫描电子显微镜显示纳米Pt的直径约为30 nm,均匀分散在CoMoO₄纳米棒表面。利用循环伏安法和计时安培法研究了不同材料对葡萄糖的电催化性能,结果表明, Pt/CoMoO₄具有优异的葡萄糖检测性能,响应电流与葡萄糖浓度在1μmol/L～0.5 mmol/L和0.5～3 mmol/L范围内呈现良好的线性关系,灵敏度为4.59 mA·mmol·L^-1·cm^-2,检测限为0.3μmol/L,显现了纳米Pt与CoMoO₄纳米棒的协同效应。该电极具有响应时间短、灵敏度高、抗干扰能力强等优点,是一种成本低、实用性能高的葡萄糖检测电极。     

Sn4P3-G@C负极在锂离子电池中的应用

磷化锡(Sn₄P₃)作为锂离子电池负极材料,虽然理论比容量(1.255×10³ m A·h/g)较高,但是在充放电过程中会产生巨大的体积膨胀和颗粒团聚现象,导致容量衰减严重。将石墨烯作为骨架、无定形碳材料作为包覆层,成功地制备了碳包覆Sn₄P₃-石墨烯复合材料(Sn₄P₃-G@C)。Sn₄P₃-G@C在电流密度为0.05 A/g时,循环70次后放电比容量可达0.521×10^-3 m A·h/g;在电流密度为0.10 A/g时,循环150次后放电比容量可达0.433×10^-3m A·h/g;在电流密度为0.50 A/g时,稳定循环300次,放电比容量可达0.330×10^-3 m A·h/g。片层石墨烯和碳包覆层的共同存在不仅使Sn₄P₃的结构更加稳定且导电性提升,而且有效缓解体积膨胀,...     

超薄类石墨相氮化碳纳米片剥离技术的研究进展

超薄二维（2D）纳米材料,因其优异的电子、光学、物理和化学性能,以及各种潜在应用,在纳米技术、材料科学、化学和凝聚态物理等领域迅速发展. 类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是一类主要由碳和氮原子组成的2D聚合物材料,但块状g-C₃N₄比表面积小、分散性差严重影响其在光催化领域的应用. 因此,人们常采用剥离方法制备超薄g-C3N4纳米片. 本文主要详述了目前常用的热氧化剥离、超声辅助液相剥离和酸碱化学剥离等方法的现状及机理,并讨论了超薄g-C₃N₄纳米片未来的重点研究方向.     

TiO2/Fe2O3纳米复合材料的制备及光催化性能

分别以Fe(NO₃)₃·9H₂O和钛酸四丁酯为铁源和钛源,以HF、HAc、NH₄F、NH₃·H₂O、H₂O₂为形貌控制剂,通过沉淀分离法联合溶胶-凝胶法制备了不同形貌的TiO₂/Fe₂O₃纳米复合材料。用X-射线粉末衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对TiO₂/Fe₂O₃样品的结构和形貌进行了分析,并探究了所合成的TiO₂/Fe₂O₃纳米复合材料在紫外光照射条件下对亚甲基蓝(MB)的降解性能。结果表明,当以NH₃·H₂O为形貌控制剂时,制备的NH₃·H₂O-TiO₂/Fe₂     

Al2O3原位修饰Al集流体促进钠均匀沉积/剥离

钠金属电池因其高理论比容量和低成本被认为是最具发展前景的大规模储能电池之一。然而,钠金属的高反应活性,易导致固体电解质界面膜不稳定、钠不均匀沉积、枝晶生长等问题。为此,本文采用简单的一步煅烧法制备了一种Al₂O₃原位修饰的Al箔集流体(Al@Al₂O₃),促进钠均匀沉积/剥离。在充放电过程中,A1₂O₃被钠化形成一层高离子电导率的Na-Al-O膜,其不仅能稳定电极/电解液界面,还能调节集流体表面的成核行为,降低成核能垒、提高离子传质动力学,实现无枝晶均匀沉积和长循环寿命。结果表明,在3 mA·cm^-2电流密度和3 mAh·cm^-2面容量下,Al@Al₂O₃能以99.6%的平均库伦效率使钠稳定沉积/剥离50次;在1 mA·cm^-2电流密度和1 mAh·cm^-2面容量条件下,Na-Al@Al₂O_3<...     

NaYF4∶Yb3+,RE3+(Ho3+/Tm3+)/Bi2WO6的制备及其光催化性能

研究采用两步水热法制备以Ho或Tm为激活剂、Bi₂WO₆为基础光催化剂的复合光催化剂(NaYF₄∶Yb³⁺,RE³⁺(Ho³⁺/Tm³⁺)/Bi₂WO₆);通过X射线衍射、扫描电镜和光致发光光谱等测试手段对材料的性能进行表征。结果表明：NaYF₄∶Yb³⁺,RE³⁺(Ho³⁺/Tm³⁺)具有较强的上转换能力,受980 nm光激发后,发射出362 nm、388 nm等可被Bi₂WO₆利用的光;此外,NaYF₄∶Yb³⁺,RE³⁺(Ho³⁺/Tm³⁺)复合Bi₂WO₆后也保留Bi_2<...