g-C3N4基异质结光催化剂研究进展

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种典型的非金属n型聚合物半导体光催化剂.因其具有合适的带隙(2.7 eV),高的热稳定性和化学稳定性，较强的可见光响应等优良特性而被广泛关注.基于g-C₃N₄构建出2种或2种以上的半导体异质结，具有提高可见光利用率，增强氧化还原能力，促进光生载流子转移和分离等作用，因而成为一种提高光催化活性的可行和高效策略.综述了近年来g-C₃N₄基异质结的构建及其光催化机理的研究进展，并进一步展望了研究前景.     

石墨相氮化碳光催化还原CO2研究进展

半导体光催化可以利用太阳能驱动CO₂光催化还原制备碳氢燃料,成为研究热点.石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有制备简便和可见光响应性能的优点,是CO₂还原的热门光催化材料。但是它具有缺陷多、比表面积小和光生载流子易复合等缺点,光催化CO₂还原性能不高.为此,介绍了高CO₂还原活性的g-C₃N₄研究进展,内容包括：(1)g-C₃N₄研究基础(分子结构、制备方法与电子能带结构);(2)高活性g-C₃N₄的分子设计策略(缺陷调控、元素掺杂、表面等离子体处理、单原子催化和异质结构建等),重点讨论了改性方式对g-C₃N₄的光吸收、光电性能和CO₂还原产物选择性的影响.最后建议未来聚焦结晶氮化碳的修饰改性研究,强调利用原位和瞬态表征技术指导高CO₂还原活性...     

溶剂对溶剂热法可控合成CdS/g-C3N4复合材料的影响

采用不同溶剂，通过溶剂热法可控合成了系列CdS/g-C₃N₄复合光催化剂，并采用XRD和SEM对其结构、形貌进行了表征。结果发现，溶剂效应对CdS/g-C₃N₄复合材料中CdS的晶型和形貌以及g-C₃N₄都有较大影响，进而影响其光催化活性。在模拟太阳光下，CdS/g-C₃N₄复合材料比纯g-C₃N₄以及CdS具有更高的催化降解MB活性，且相同反应条件下，CdS/g-C₃N₄-DMF对MB的降解率最高，150分钟内达到90.2%。     

类石墨相氮化碳的制备及可见光催化性质研究

利用两种廉价前驱体,通过热聚缩作用成功制备类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,通过XRD,FT-IR测试验证了实验产物的物理化学性质。两种g-C₃N₄的光催化性能通过在可见光下降解Rh.B的性能进行评定。由尿素制备的g-C₃N₄在60min的光照条件下去除水中染料达到99%以上,而由硫脲制备的g-C₃N₄去除率不足50%。同时通过SEM、BET等测试对影响g-C₃N₄的光催化性能的因素进行对比讨论。尿素制备的g-C₃N₄呈现为纳米片层状,比表面积达到50m2/g,是硫脲制备的g-C₃N₄的2.78倍,由此可知,微观形貌以及比表面积是影响催化性能的重要因素。     

溶剂热法制备TiO2/g-C3N4及其光催化性能

采用溶剂热法合成了可见光响应的TiO₂/g-C₃N₄复合光催化剂,并对TiO₂/g-C₃N₄进行质子化处理。通过X射线衍射（XRD）、氮气吸附-脱附BET法、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、紫外-可见漫反射（UV-vis DRS）和荧光光谱（PL）等方法对样品进行了表征,并以甲基橙（MO）光催化降解为模型反应,考察了可见光下制备的样品的光催化性能。结果表明,多孔TiO₂纳米晶与g-C₃N₄形成具有"芝麻饼"形貌的复合结构;TiO₂/g-C₃N₄复合光催化剂的光吸收带边扩展到465 nm,较TiO₂出现明显红移;TiO₂与g-C₃N₄能带匹配耦合,有效地抑制了电子与空穴的复合;质子化处理过程能够提高可见光区吸收强度和电子的传导能力,增强了TiO₂的光催化活性。     

ZnO/g-C3N4复合物制备及其光催化降解罗丹明B性能

以ZnO和C₃H₆N₆为原料,将两者按一定质量比混合得到前驱物,通过煅烧该前驱物可成功获得ZnO/g-C₃N₄复合物.采用XRD、SEM、UV-Vis和BET等方法对复合物的物相、形貌、组成、可见光吸收性能以及比表面积大小等进行表征.以罗丹明B (RhB)为目标污染物,在可见光激发下,探究了不同g-C₃N₄负载量的ZnO/g-C₃N₄复合物的光催化性能.结果表明,g-C₃N₄含量约为10%的复合物光催化降解RhB效果最好,30 min左右降解率接近100%,两种半导体复合能够实现光学性能上的优势互补.     

三维g-C3N4/NixP复合光催化剂的制备及其可见光下产氢性能的研究

以三聚氰胺和三聚氰酸为原料,以水为溶剂采用超分子自组装法制备三维互联框架形貌的3D g-C₃N₄（DCN）。以次磷酸钠和硫酸镍作为磷源和镍源,采用原位光沉积法在3D g-C₃N₄上沉积Ni_xP,制备了3D g-C₃N₄/Ni_xP复合光催化剂。采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等手段对样品进行了表征,结果表明,3D g-C₃N₄/Ni_xP复合光催化剂上均匀负载着直径几十纳米的Ni_xP颗粒并且Ni_xP表现为无定形结构;与体相g-C₃N₄（BCN）和3D g-C₃N₄相比,复合光催化剂有着更好的可见光吸收能力。以三乙醇胺为牺牲剂,在波长λ≥420 nm的可见光下进行产氢试验,研究了3D g-C₃N₄/Ni_xP复合光催化剂的光催化性能。结果表明,光沉积20 min得到的3D g-C₃N₄/Ni_xP复合光催化剂的光催化产氢速率可达1 720 μmol/（g·h）,远远大于纯DCN（7 μmol/（g·h））和光沉积20 min得到的BCN/Ni_xP复合光催化剂（15 μmol/（g·h））,并且在经历5个光催化循环产氢测试后其循环性能没有明显降低。     

磁性CoFe2O4/g-C3N4复合纳米材料对环丙沙星的光催化降解研究

制备一种可回收的磁性复合纳米光催化材料CoFe₂O₄/g-C₃N₄, 并对其表面形貌、元素和化学组成、比表面积、官能团特征和晶体结构进行表征与分析。以环丙沙星(CIP)为代表性污染物, 在不同温度(300^oC, 400^oC和500^oC)和复合比例(CoFe₂O₄:g-C₃N₄ = 10%, 20%和40%, w/w)条件下, 考察磁性CoFe₂O₄/g-C₃N₄复合纳米材料的光催化降解能力。结果表明, 在优化的制备条件下, 投加0.9 g/L CoFe₂O₄/g-C₃N₄时, 对10 mg/L CIP (pH=6.6)的120分钟光降解率可以达到75.1% ± 0.1%。在外加磁场作用下, 该纳米材料可实现快速分离回收。经过5次循环回收利用后, 光催化能力仍能达到最初效率的 90%以上, 表现出较好的稳定性。荧光发射光谱图显示, CoFe₂O₄/g-C₃N₄复合纳米材料中的电子?空穴复合速率显著降低, 可以提高其对CIP的光催化效果。     

可见光活性Ag/g-C3N4复合光催化剂的光还原制备及其光催化性能研究

以硝酸银与三聚氰胺为原料，采用简单的热解和光还原法制备出纳米银负载的复合可见光催化剂Ag/g-C₃N₄，并通过XRD、TEM、EDX、FT-IR、UV-vis、PL、XPS对样品进行表征，结果表明在所制备的Ag/g-C₃N₄复合光催化剂中纳米Ag粒径为5~15 nm，在g-C₃N₄载体上均匀分散。对不同质量分数的Ag/g-C₃N₄复合光催化剂的光催化评价结果表明：当Ag/g-C₃N₄的质量分数为25%时，样品25-PACN有较强的光吸收以及较低的电子空穴复合率而表现出最高的光催化活性，对罗丹明B的降解率达75%；5次循环实验后，25-PACN的活性仍在60%左右，稳定性较好。     

可见光响应光催化降解罗丹明B动力学研究

采用水热法分别制备了ZnO/CdS、BiVO₄/g-C₃N₄两种可见光响应光催化剂,针对光催化降解致癌物罗丹明B进行了实验研究。通过X射线粉末衍射表征,发现在温和条件下成功合成了光催化材料。其中,随着ZnO的掺杂,CdS的结晶度下降,粒径尺寸变小。紫外可见漫反射表明两种催化材料具有可见光吸收能力。质量比为1︰5的ZnO/CdS和80℃下制备的BiVO₄/g-C₃N₄有最高的降解率,降解反应符合一级动力学过程。     

磁性g-C3N4-Fe3O4复合纳米材料的制备及其光催化降解水中3种喹诺酮类抗生素的研究

以三聚氰胺和铁盐为原料制备磁性g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料, 并探究不同反应条件对其光催化降解3 种喹诺酮类抗生素(洛美沙星LOM、氧氟沙星OLF和环丙沙星CIP)的影响。光催化反应的优化条件如下: 抗生素初始浓度为3.0 mg/L, g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料初始剂量为 0.60 g/L, 温度为25℃, pH=7。在优化条件下, 洛美沙星、氧氟沙星和环丙沙星光照100分钟的降解率分别为83.6%, 60.9%和99.0%。XRD 和UV-vis分析表明, 石墨相g-C₃N₄与 磁性Fe₃O₄之间存在强烈的相互作用, 导致生成更多光生电子–空穴对, 增强复合纳米材料的光催化活性。重复循环利用5次后, 磁性g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料的回收率大于90%, 光催化降解效率保持在60%以上。     

多孔化改性对g-C3N4/CdS复合光催化剂制备及光催化活性的影响

以三聚氰胺盐酸盐为前驱体, 用高温缩聚方法制备多孔化改性的类石墨相氮化碳（pg-C₃N₄）材料; 用水热法制备CdS纳米中空微球, 用沉积法将pg-C₃N₄与CdS有效复合, 制备pg-C₃N₄/CdS复合光催化剂; 用X射线衍射(XRD)、 透射电子显微镜(TEM)、 Fourier变换红外光谱(FTIR)、 紫外可见光谱(UV Vis)、 荧光光谱及电化学阻抗谱对样品进行表征; 用可见光催化降解染料罗丹明B（RhB）对其光催化活性进行评价, 并给出pg-C₃N₄/CdS光催化降解RhB的机理. 结果表明： 石墨相氮化碳(g-C₃N₄)的多孔化改 性有利于其与CdS间形成紧密界面, 进而促进pg-C₃N₄/CdS光生电子 空穴的分离和传递, 有效提高了其光催化活性和稳定性.     

氮化碳负载铜催化的有机反应研究进展

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是一种由C,N组成的具有固态石墨结构的新型非金属半导体材料,由于其较高的化学稳定性、独特的电子性能和光学性能,在生物传感、光催化和材料科学等领域有广泛的应用.按反应类型总结了C₃N₄负载铜作为催化剂在有机合成中的应用,所涉及的反应主要有氧化、还原、偶联和环化反应等.     

g-C3N4/溶胶–凝胶纳米复合材料在AM60B镁合金上的应用及性能研究

含有羟基化g-C₃N₄纳米板的溶胶–凝胶涂层常被用来增强AM60B镁合金的抗腐蚀性能。通过X射线光电子能谱（XPS）分析了羟基化的g-C₃N₄纳米板的化学组成,发现羟基化过程对g-C₃N₄纳米板的晶体尺寸、比表面积、孔体积、平均孔径和热稳定性不产生影响。在加入原始和羟基化的g-C₃N₄纳米板后,获得了致密的溶胶–凝胶涂层。透射电子显微镜（TEM）表明改性的g-C₃N₄在涂层中均匀分布,并且加入改性纳米板后,由于聚集趋势降低,涂层的平均粗糙度也降低。进一步模拟酸雨中的电化学阻抗谱（EIS）检测表明,由于涂层与纳米板之间的化学键合,添加改性g-C₃N₄后,溶胶–凝胶膜的防腐性能得到显著改善。     

Ferrites boosting photocatalytic hydrogen evolution over graphitic carbon nitride: a case study of (Co,Ni)Fe2O4 modification

The charge carrier separation and surface catalytic redox reactions are of primary importance as elementary steps in photocatalytic hydrogen evolution. In this study, both of these two processes in photocatalytic hydrogen evolution over graphitic carbon nitride（g-C₃N₄） were greatly promoted with the earth-abundant ferrites（Co,Ni）Fe₂O₄modification. Co Fe₂O₄ was further demonstrated to be a better modifier for g-C₃N₄ as compared to Ni Fe₂O₄,due to the more efficient charge carrier transfer as well as superior surface oxidative catalytic activity. When together loading Co Fe₂O₄ and reductive hydrogen production electrocatalyst Pt onto g-C₃N₄, the obtained Pt/g-C₃N₄/Co Fe₂O₄ photocatalyst achieved visible-light（λ>420 nm） hydrogen production rate 3.5 times as high as Pt/g-C₃N₄, with the apparent quantum yield reaching 3.35 % at 420 nm.     

可见光催化降解水中邻苯二甲酸二丁酯

合成了复合材料g-C₃N₄/Bi₄O₅I₂,并进行了表征分析,以其为催化剂,研究了可见光照射下,水中邻苯二甲酸二丁酯(DBP)光催化降解的影响因素:催化剂投加量、溶液初始浓度、pH及水中常见阴离子Cl^-、NO^-₃和SO^2-₄等,并通过对降解产物的分析,提出了可能的降解机理. 结果表明:g-C₃N₄/Bi₄O₅I₂的最佳投加量为0.6 g/L;在研究范围内初始浓度越高,降解率越低;当溶液为中性时,对水中DBP的光催化降解效果最好;Cl^-、NO^-₃和SO^2-₄都对光催化降解产生了一定的抑制作用. 通过对反应后降解产物的分析,推测DBP是在活性物质的攻击下,侧链先发生断裂,再继续降解为小分子物质. 研究结果对水环境中邻苯二甲酸酯类的去除具有重要的实际意义和参考价值.     

2D TiO2/Ag3PO4异质结复合催化剂的制备及其光催化性能研究

采用溶剂热法制备了二维TiO₂纳米片（2D TiO₂）,然后通过原位生长法在其表面沉积Ag₃PO₄,得到2D TiO₂/Ag₃PO₄异质结复合光催化材料。通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外可见分光光谱法（UV-Vis）、X射线光电子能谱（XPS）、N₂吸附-脱附法（BET）等手段对催化材料进行了表征,评价了2D TiO₂/Ag₃PO₄在可见光下催化降解罗丹明B （RhB）的性能,并结合荧光和电化学测试结果,提出了2D TiO₂/Ag₃PO₄的可见光催化机理。结果表明,2D TiO₂/Ag₃PO₄的吸附-光催化降解性能随着Ag₃PO₄含量的增加而提高;少量H₂O₂可以极大地提高2D TiO₂/Ag₃PO₄的光催化活性;光催化降解RhB过程中的主要活性物质是·OH和·O^-₂,异质结的存在使2D TiO₂/Ag₃PO₄具有比2D TiO₂更优异的光催化活性、电荷分离能力和更快的光电子转移速率。     

Ni1/g-C3N4催化乙炔加氢反应的密度泛函理论研究

乙烯是石化产业的主要原料之一，广泛运用于工业生产和基本生活。乙烯中少量的乙炔杂质从根本上会影响下游产品，那么乙炔选择性加氢就可以提高乙烯产量，减少杂质产生。本文中构建了Ni₁/g-C₃N₄催化剂模型，以密度泛函理论为依据，从B3LYP泛函基组出发，计算过程中采用DFT-D3校正。对Ni原子使用LAN2DZ赝势，对于C, H, N非金属原子使用6-31g^**基组。通过分析静电势、态密度和在催化剂上的吸附行为，系统性研究了Ni₁/g-C₃N₄催化剂催化乙炔加氢的反应机理，详细阐述了选择性和活性。结果表明，Ni₁/g-C₃N₄催化乙炔加氢的最优反应路径是乙炔加氢生成乙烯，能垒是20.05 kcal·mol^-1;乙烯加氢生成乙烷，能垒是90.29 kcal·mol^-1。Ni₁/g-C₃N     

g-C3N4/CB/AuNPs修饰玻碳电极的制备及其对硫酸联氨的电化学测定

将炭黑(CB)纳米粒子与类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)混合,然后将金纳米粒子(Au NPs)掺杂其中,形成一种新型g-C₃N₄/CB/AuNPs复合纳米材料,用于修饰玻碳电极.通过扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的形貌进行了表征.实验结果表明：g-C₃N₄/CB/AuNPs对硫酸联氨(N₂H₄·H₂SO₄)的电化学氧化呈现极好的电催化性能.硫酸联氨的氧化电流与其物质的量浓度在2.5×10^-5～1.5×10^-3 mol·L^-1线性范围内呈良好的线性关系,检测限为1.6μmol·L^-1(信噪比S/N=3).     

二硫化钼-硅异质结太阳电池的原位制备及器件模拟

 二维材料与晶体硅形成的异质结太阳电池是当前太阳电池研究热点之一,大多数研究都集中在石墨烯和硅形成的肖特基结太阳电池。为改善器件的能带结构,本研究采用具有一定禁带宽度的n-MoS₂二维半导体材料与p-Si 形成异质结太阳电池。通过实验研究了退火时间对MoS₂材料合成的影响,并对MoS₂-Si异质结的暗电流和光电流曲线进行测量和分析。通过异质结模拟软件wx-AMPS对MoS₂-Si异质结结构进行效率计算和能带分析,探讨了薄膜厚度和载流子浓度对器件开路电压的影响。