Ag/g-C3N4光催剂的构建及降解7-氨基头孢烷酸机理

研究了Ag/g-C₃N₄光催化剂的制备及降解7-氨基头孢烷酸的性能和机理。通过贵金属表面沉积法制备 Ag/g-C₃N₄光催化剂，利用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）研究催化剂的形貌和微观结构，通过X光射线能谱（XRD）研究催化剂的晶体结构，采用红外光谱（FTIR）研究催化剂的表面化学官能团，紫外可见光谱（UV-vis）研究催化剂的能带结构和光学性质，通过光催化降解7-氨基头孢烷酸评价Ag/g-C₃N₄的催化性能。结果表明，本研究制备得到了高纯度和高催化性能的Ag/g-C₃N₄光催化剂，与单体g-C₃N₄相比，Ag/g-C₃N₄的吸光性能得到了明显提升，光生电子-空穴的分离和传输性能得到了增强。可见光照射120min时，7%-Ag/g-C₃N₄对7-ACA的降解效率约为78.55%，是单体g-C₃N₄降解效率的1.38倍。本研究为拓宽g-C₃N₄基催化剂在光催化领域的应用提供了崭新的研究思路。     

硫酸胍制备多孔石墨型氮化碳及其光催化降解苯酚

为了增加比表面积和提高催化活性,一种无毒和易得的前驱体硫酸胍被首次用于制备石墨型氮化碳(g-C_3N_4)。用X射线粉末衍射、红外光谱、扫描电镜、透射电镜、N_2吸附-脱附、光电子能谱、紫外-可见光吸收光谱和荧光光谱对所得多孔g-C_3N_4进行表征。与由三聚氰胺为前驱体制备的体相g-C_3N_4相比,硫酸胍为前驱体制备的多孔g-C_3N_4具有更高的比表面积、发达的孔结构和较好的光电性能。以光催化降解苯酚为模型反应考察催化剂性能,结果表明,所得多孔g-C_3N_4的催化活性明显高于体相g-C_3N_4。优异的光催化性能和简单的合成方法使硫酸胍制备的多孔g-C_3N_4可广泛用于环境和能源领域。     

固相反应合成ZnO/g-C3N4光催化剂及光催化性能

以乙酸锌、氢氧化钠和g-C₃N₄粉末为原料,并添加十二烷基苯磺酸钠粉末作为表面活性剂,采用室温固相研磨法制备了ZnO/g-C₃N₄光催化剂。并研究了复合材料的光催化性能。研究结果表明,经固相研磨后,会形成ZnO/g-C₃N₄复合材料,g-C₃N₄充分细化成薄片状。添加十二烷基苯磺酸钠粉末促进了g-C₃N₄发生相变。当g-C₃N₄含量较低时,产物的形貌呈现为纳米花,实际上是因为大量的氧化锌纳米片负载到g-C₃N₄片上。当g-C₃N₄含量较高时,产物为二维纳米片,由氧化锌纳米颗粒负载到g-C₃N₄片上。合成的ZnO/g-C₃N₄复合材料对亚甲基蓝表现出良好的可见光催化活性。     

MoO3/g-C3N4复合材料的制备及光催化性能

以三聚氰胺和四水合钼酸铵为前驱体,采用水热法制备了MoO₃/g-C₃N₄复合光催化剂。利用X-射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）及紫外-可见漫反射仪（DRS）等对制备的样品进行了表征。表征结果显示,棒状的三氧化钼负载在层状C₃N₄表面,复合材料的光吸收能力有一定的增强。材料可见光催化降解亚甲基蓝（MB）溶液的实验表明,三氧化钼和g-C₃N₄所复合产生的异质结具有较好的吸收光强度及催化降解性能,尤其是5%（质量分数）MoO₃/g-C₃N₄复合材料光催化降解率最好,达到95.7%,高于纯三氧化钼和g-C₃N₄。自由基与空穴捕获实验表明,·O₂^-是光催化反应中的主要活性物种。MoO₃/g-C₃N₄复合材料在4个循环周期内表现出了优异的稳定性。     

g-C3N4-CdS-NiS2复合纳米管的制备及可见光催化分解水制氢

光生电子-空穴对的快速复合是导致半导体光催化剂性能不佳的重要因素之一，构建异质结是分离光生电子-空穴对的有效方法。结合热缩合和两步水热反应构建了g-C₃N₄-CdS-NiS₂复合纳米管，并进一步研究了在可见光照射下不同CdS含量的g-C₃N₄-CdS-NiS₂分解水制氢的光催化性能。结果表明，当CdS含量为10%(质量)时，三元复合物的产氢速率最高(50.9 μmol·h^-1)，是纯g-C₃N₄纳米管的25倍，是g-C₃N₄-CdS和g-C₃N₄-NiS₂二元复合物的11倍。而且，经过五次循环光催化反应后，产氢速率保持不变。光催化制氢性能的提高主要源于g-C₃N₄、CdS与NiS₂形成的异质结促进光生电子和空穴的迁移及电子-空穴对的分离。     

In2S3/g-C3N4复合光催化剂的制备及其光催化降解四环素

本文分别采用热缩聚法和水热法合成了g-C₃N₄和In₂S₃,再用简单的机械研磨工艺制备出了In₂S₃/g-C₃N₄复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对In₂S₃/g-C₃N₄复合光催化剂的晶体结构、形貌、微观结构和光学性质进行了表征,在可见光照射下,通过降解四环素(TC)来评价其光催化活性。结果表明,研磨比例为1∶4(摩尔比)的In₂S₃/g-C₃N₄复合光催化剂表现出最佳的光催化性能,在氙灯下TC的光降解表观速率常数是0.025 1 min^-1,分别是In₂S₃和g-C₃N₄的2.9倍和1.6倍,在自然光下TC的光降解表观速率常数是0.010 4 min^-1,分别是In₂S₃和g-C₃N₄的2.6倍和1.4倍。In₂S₃/g-C₃N₄复合光催化剂优异的光催化性能归功于载流子的高效迁移和分离以及增强的光吸收能力。本研究为设计和开发用于抗生素废水处理的可见光响应光催化剂提供了一条有前景的途径。     

Facile ultrasonic-assisted synthesis of micro–nanosheet structure Bi4Ti3O12/g-C3N4 composites with enhanced photocatalytic activity on organic pollutants

The Bi₄Ti₃O₁₂/g-C₃N₄ composites with microsheet and nanosheet structure were prepared through facile ultrasonic-assisted method. The SEM and TEM results suggested that the nanosheets g-C₃N₄ were stacked on the surface of regular Bi₄Ti₃O₁₂ sheets. Comparing with pure Bi₄Ti₃O₁₂ and g-C₃N₄, the Bi₄Ti₃O₁₂/g-C₃N₄ composites showed significant enhancement in photocatalytic efficiency for the degradation of RhB in solution. With the mass ratio of g-C₃N₄ increasing to 10 wt%, the Bi₄Ti₃O₁₂/g-C₃N₄-10% presented the best photocatalytic activity. Its photocatalysis reaction constant was approximately 2 times higher than the single component Bi₄Ti₃O₁₂ or g-C₃N₄. Meanwhile, good stability and durability for the Bi₄Ti₃O₁₂/g-C₃N₄-10% were confirmed by the recycling experiment and FT-IR analysis. The possible mechanism for the improvements was the matched band positions and the effective separation of photo-excited electrons (e^-) and holes (h⁺). Furthermore, based on the results of active species trapping, photo-generated holes (h⁺) and superoxide radical (·O₂^-) could be the main radicals in reaction.     

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。     

Significantly enhanced charge transfer efficiency and surface reaction on NiP2/g-C3N4 heterojunction for photocatalytic hydrogen evolution

In this work, a novel NiP₂/g-C₃N₄ heterojunction via homogeneous precipitation method assisted by thermal phosphorization reaction was designed and constructed, and the optimized sample showed the excellent photocatalytic H₂ evolution activity under visible-light irradiation, which was nearly 112 times higher than that of pristine g-C₃N₄ sample. Experimental characterizations and DFT calculations demonstrated that the NiP₂ nanoparticles covered on the g-C₃N₄ surface can form a built-in electric field at the interface to accelerate the transfer of photoexcited electrons from g-C₃N₄ to NiP₂, crucial for hindering the recombination of electron-hole pairs. Moreover, the energy barrier of hydrogen evolution reaction can also vastly reduce when combined NiP₂ and g-C₃N₄ to construct NiP₂/g-C₃N₄ heterojunction. This work represents a method through combing experimental and theoretical tools to thoroughly investigate the mechanism of photocatalytic process.     

煤基碳量子点/氮化碳复合材料制备及其光催化还原CO2性能

以太西无烟煤为原料，采用化学氧化法制备煤基碳量子点(C-CQDs)，进一步以C-CQDs和尿素为前体，原位复合制备得到煤基碳量子点/氮化碳(C-CQDs/g-C₃N₄)复合材料。采用TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis、PL等手段对样品结构性能进行了表征和分析，进而考察了其在光催化还原CO₂合成甲醇过程的催化性能。研究表明：C-CQDs均匀地负载在g-C₃N₄的表面，且掺杂适量的C-CQDs有利于提高C-CQDs/g-C₃N₄的光催化活性，当可见光照12 h时，其光催化还原CO₂甲醇产量最高可达28.69 μmol/(g cat)，约为相同条件下纯石墨相g-C₃N₄作用时甲醇产量的2.2倍。     

N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备及其光催化性能

采用水热法制备N掺杂TiO2,将其与二氰二胺混合进行高温焙烧合成N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂。采用XRD、UV-Vis、N2吸附-脱附和SEM等对催化剂进行微观结构表征,以200W氙灯模拟光源并过滤掉420nm以下的紫外光,对比研究TiO2、g-C3N4、N-TiO2和复合光催化剂对罗丹明B的可见光降解性能。结果表明,N掺杂后TiO2的禁带宽度降低,催化活性提高;而复合光催化剂可见光吸收边距相对N-TiO2进一步红移,禁带宽度为2.75eV,降解罗丹明B的一级动力学常数k可达0.12158min-1,是g-C3N4、N-TiO2的2倍;复合催化剂重复使用4次后,对罗丹明B的降解率仍达92%以上,表明催化剂具有较好的光催化活性和稳定性。     

g-C3N4/泡沫陶瓷的光催化烟气脱硫性能

采用XRD和FT-IR对制备的g-C₃N₄光催化剂进行表征,使用气固光催化反应器考察60 ℃条件下g-C₃N₄/泡沫陶瓷的SO₂光催化氧化性能,包括吸附性能和光催化脱硫活性。结果表明,负载g-C₃N₄光催化剂的泡沫陶瓷,对SO₂的吸附容量性能大大提高;g-C₃N₄/泡沫陶瓷在H₂O和O₂同时存在时的光催化脱硫活性最好,脱硫率86.9%。     

TiO2–g-C3N4/BMMS光催化氧化脱硫催化剂

为了提高TiO₂的光催化氧化脱硫(PODS)活性,利用负载和复合的协同作用,将TiO₂与g-C₃N₄复合,并负载于双介孔二氧化硅(BMMS)上,制备了TiO₂–g-C₃N₄/BMMS。以含二苯并噻吩(DBT)的十二烷溶液为模拟油,评价了催化剂的催化性能;优化了反应条件并提出了催化反应机理。结果表明:TiO₂–g-C₃N₄/BMMS具有明显的双介孔结构,TiO₂与g-C₃N₄已实现复合并负载于BMMS上,TiO₂–g-C₃N₄活性组分在载体上分散良好,与单一TiO₂相比对光的吸收能力增强,催化活性有明显提高,优化后的反应条件为,催化剂用量3%(质量分数),O/S摩尔比为10:1,萃取剂与模拟油体积比为1:1,此时脱硫率可达96.6%,且重复使用8次后脱硫率仍保持85%以上,PODS过程中的主要活性中间物种是·O₂^–和h⁺。     

Controlled preparation of P-doped g-C3N4 nanosheets for efficient photocatalytic hydrogen production

Hydrogen production by photolysis of water by sunlight is an environmentally-friendly preparation technology for renewable energy. Graphitic carbon nitride (g-C₃N₄), despite with obvious catalytic effect, is still unsatisfactory for hydrogen production. In this work, phosphorus element is incorporated to tune g-C₃N₄'s property through calcinating the mixture of g-C₃N₄ and NaH₂PO₂, sacrificial agent and co-catalyst also been supplied to help efficient photocatalytic hydrogen production. Phosphorus (P) doped g-C₃N₄ samples (PCN-S) were prepared, and their catalytic properties were studied. X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM) and ultraviolet diffuse reflection (UV-DRS) were used to study their structures and morphologies. The results show that the reaction rate of PCN-S is 318 μmol·h^-1·g^-1, which is 2.98 times as high as pure carbon nitride nanosheets (CN) can do. Our study paves a new avenue, which is simple, environment-friendly and sustainable, to synthesize highly efficient P doping g-C₃N₄ nanosheets for solar energy conversion.     

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。     

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.     

超分子前体制备g-C3N4/g-C3N4同质结及光催化性能研究

通过混合煅烧二氰二胺水热法和三聚氰胺-三聚氰酸共沉淀法制备的超分子前驱体,制备了兼具多孔纳米片和中空纳米管形貌的g-C₃N₄/g-C₃N₄同质结（CN-HP）。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、光致发光光谱（PL）等对光催化剂进行了表征。结果表明,CN-HP-1/1在75 min内对亚甲基蓝（MB）的降解率可达99.8%,伪一级动力学常数为4.02 h^-1,是块体g-C₃N₄的5倍,同时单位比表面积的反应常数提升至单体的1.8倍。PL测试表明,合适比例的三聚氰胺-三聚氰酸（MCA-H、MCA-P）超分子制备的同质结,其光生电子-空穴复合率较单体g-C₃N₄进一步降低。自由基捕获实验表明,光生空穴是光催化降解过程中的主要活性物种,并结合X射线光电子能谱价带谱测试提出了Z型电子传输机制。     

SiO2/g-C3N4复合粉体制备及其光催化性能

以Stöber法制备出的二氧化硅(SiO₂)微球和三聚氰胺为原料,两者按一定质量比混合后得到前驱体,通过煅烧该前驱体可成功获得SiO₂/g-C₃N₄复合粉体。利用XRD、SEM、UV-Vis和BET等表征手段对获得的复合粉体进行物相组成、形貌、可见光吸收性能以及比表面积大小等进行分析和测试。结果表明,改进的Stöber法制备出的球形SiO₂平均粒径约为200 nm,具有良好的分散性。SiO₂/g-C₃N₄复合粉体中SiO₂含量约为75%(质量分数)时,其比表面积最大,约为23.7 m²/g。同时,以罗丹明B和亚甲基蓝为目标污染物,在可见光照射下,探究了不同g-C₃N₄负载量SiO₂/g-C₃N₄复合粉体的光催化性能。结果表明,随着复合粉体中g-C₃N₄含量的降低,复合粉体的可见光催化活性反而逐渐升高,g-C₃N₄含量约为25%(质量分数)时复合粉体光催化降解罗丹明B和亚甲基蓝效果最好。原因可归结为,复合粉体的强吸附增强了可见光催化性能。     

低维石墨相氮化碳合成方法研究进展

作为一种非金属半导体材料，石墨相氮化碳（g-C₃N₄）因其独特的物理和化学性质及优异的光催化性能，在能源和环境催化等领域展现出良好的应用前景，但体相g-C₃N₄存在聚合度低、比表面积小、活性位点少等缺点，制约了其进一步应用。将体相g-C₃N₄合成为各种低维度g-C₃N₄是改善上述缺陷的有效策略之一。基于以上改性策略，本文系统介绍了近年来具有零维、一维、二维和三维纳米结构的低维度g-C₃N₄的主要合成方法，分析了不同维度对g-C₃N₄的能带结构、光生电子和空穴的产生和转移效率、光吸收能力和光催化性能的影响，总结了不同维度材料在能源和环境催化等领域的具体应用，同时指出目前研究工作普遍存在反应机理不够深入、缺乏大规模合成和工业应用等问题，展望了未来在加强理论深度研究的同时，需要进一步拓展g-C₃N₄在废水、废气的工业化治理和碳转化等领域的关键技术开发，以期为后续的研究工作提供方向和指引。     

木棉纤维改性氮化碳光催化降解有机污染物

采用一步热解法制备了木棉纤维（KF）改性的石墨相氮化碳（g-C₃N₄）催化剂，并考察了催化剂光催化降解有机污染物的性能。采用XRD、UV-Vis DRS、FT-IR、TEM、XPS、N₂吸附-脱附、PL表征对催化剂进行了结构、形貌、光学性能测试。结果表明，KF改性可以提高催化剂的比表面积，更大的比表面积可以提供更多的活性位点来参与光催化降解过程。UV-Vis DRS结果表明KF改性可以缩小催化剂的禁带宽度，提高催化剂对光能的吸收。在可见光下，KF改性的g-C₃N₄基催化剂对苯酚降解速率常数为0.259 h^-1，是纯g-C₃N₄的4.2倍，且具有优异的催化稳定性和结构稳定性。