类石墨烯氮化碳制备及其在气体分离领域中应用的研究进展

首先介绍了类石墨烯氮化碳(g-C₃N₄)的起源、发展、结构及其性质，总结了g-C₃N₄的制备方法；然后综述了g-C₃N₄在气体膜分领域中的研究，详细介绍了膜的制备、分离性能及分离机理；最后，对g-C₃N₄在膜分离领域未来的研究方向进行了展望。     

异质结构g-C3N4@AM层状膜构筑及纳滤性能研究

随着化工行业的迅速发展，利用纳滤膜对有机溶剂进行高效分离受到了越来越多的关注，但有机溶剂纳滤膜通量和选择性之间普遍存在 trade-off 效应的限制。以相对疏水的g-C₃N₄纳米片和亲水的直链淀粉（amylose，AM）为构筑单元，利用双针头静电雾化技术制备了异质结构的g-C₃N₄@AM 层状膜。亲水的直链淀粉促进了极性溶剂的溶解，相对疏水的g-C₃N₄纳米片实现了通道对极性溶剂的低阻力扩散；两者协同，极大地增强了膜对极性溶剂的渗透性能，而不降低分离能力。与纯g-C₃N₄层状膜相比，g-C₃N₄@AM 层状膜对极性溶剂的渗透系数提高了1~2倍，对于尺寸大于 1.5 nm 的染料分子可以实现 99% 以上的截留率。在操作稳定性、压力循环和耐酸碱测试后，膜的渗透性能和截留能力基本保持不变，衰减 < 6%，具有较好的操作稳定性。     

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。     

一维/二维PANI/g-C3N4复合材料的制备及其光催化性能研究

以三聚氰胺和氯化铵为前驱体通过热共聚合法制备出多孔g-C₃N₄纳米片，原位聚合法制备出一维纳米纤维PANI与多孔g-C₃N₄纳米片(PANI/g-C₃N₄)复合材料。一维纳米纤维PANI具有优异电荷传输性能和良好的可见光响应，可以弥补g-C₃N₄光生电子对快速复合和可见光响应不足的缺点。多孔g-C₃N₄纳米片可以提供更多反应活性位点，同时还可以缩短光生电荷从材料内部到表面的传输距离，抑制光生载流子复合，从而提高材料光催化活性。5PANI/g-C₃N₄在180 min罗丹明B去除率达83%，经过3次循环后，对罗丹明B去除率仍保持83%，显现出优异光催化活性和稳定性。     

C掺杂g-C3N4/PVDF纳米纤维膜的制备及其可见光降解性能研究

本文通过高温煅烧乙酰胺和尿素混合物,成功制备了在可见光下具有优异光催化降解性能的C掺杂g-C₃N₄材料,然后将C掺杂g-C₃N₄和PVDF共混,通过静电纺丝制备了具有优异光催化性能的C掺杂g-C₃N₄/PVDF复合纳米纤维膜。结果表明,当乙酰胺与尿素的质量比为5%时,所制备的C掺杂g-C₃N₄粉末的光催化性能较好,乙酰胺的掺杂改性既改变了g-C₃N₄形貌结构,又改善g-C₃N₄的禁带宽度,从而进一步有效提高了C掺杂g-C₃N₄材料的光催化活性;当粉末掺杂比为12%时,所制备的PVDF纳米纤维复合膜光催化降解罗丹明B的效率达89.12%;复合纤维膜经过4个循环的光催化降解实验后,对罗丹明B的光催化降解效率保持在80%以上,解决了传统光催化剂难以回收和催化剂易被包覆而失效的问题。     

g-C3N4结构调控及其复合体系的研究进展

石墨相碳化氮（g-C₃N₄）因带隙窄、电子结构独特、稳定性高、廉易得等优点成为光催化领域的研究热点。然而,原始氮化碳往往存在比表面积小、光响应范围窄、电子-空穴易复合等缺点。特殊结构 g-C₃N₄具有多级结构,可以调节载流子迁移路径,是显著提高 g-C₃N₄比表面积、改善其电子结构,促进电荷分离的有效手段。本文综述了不同结构和形貌的 g-C₃N₄及其复合体系的研究进展,并对不同形貌 g-C₃N₄的构效关系进行了分析,展望了未来 g-C₃N₄的研究方向和应用前景。     

NiVP-PBA/g-C3N4赝电容复合材料的构筑及其CDI脱盐性能研究

以PBAs纳米粒子为模板，通过简单共沉淀法、水热反应法和气相沉积法制备出多金属磷化物NiVP-PBA/g-C₃N₄复合材料。利用电子显微镜、X射线衍射仪、N₂吸附/解吸测试仪、电化学工作站等对复合材料进行表征分析。结果表明，NiVP-PBA/g-C₃N₄材料具有中空核壳立方体结构，g-C₃N₄作为高导电性的改性剂均匀包裹在NiVP立方体外。此外，该材料的比表面积为23.43 m²/g,比电容达到80.09 F/g,具有77.63 mg/g的高脱盐能力。中空核壳结构的NiVP-PBA/g-C₃N₄电极具有优良的脱盐能力。     

NiCo2S4/g-C3N4柔性叉指型超级电容制备与电化学性能

近年来,随着柔性电子的快速发展,制造柔性、微型、大面积和低成本的储能器件得到了极大的关注。以六水硝酸镍/钴为原料、硫脲为硫化剂、引入热解g-C₃N₄,通过一步溶剂热制备Ni Co₂S₄/g-C₃N₄纳米复合材料。采用掩膜版将调配的Ni Co₂S₄/g-C₃N₄油墨印刷在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯基底形成叉指结构电极,继而涂覆凝胶电解质组装成柔性叉指型超级电容器。结构和电化学性能研究表明：Ni Co₂S₄纳米晶分布生长在g-C₃N₄纳米片层表面,引入的g-C₃N₄起到增强NiCo₂S₄充放电过程中的电荷传输及容纳其体积膨胀的作用,复合材料电极在10 m A/cm²的电流密度下面积...     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

光催化分离膜的制备及其在水处理中的应用

光催化分离膜将膜分离与光催化结合在同一处理单元中,可发挥膜分离作用,同时也可以利用光催化剂高效降解水中的有毒有害污染物,提高膜的抗污染性能和水处理效率。因此是水处理领域的研究热点,并显示出巨大的应用潜力。本文综述了基于二氧化钛（TiO₂）、氧化锌（ZnO）、石墨相氮化碳（g-C₃N₄）和氧化钨（WO₃）四种常用催化剂的光催化分离膜的研究概况,重点对光催化分离膜的制备方法和性能进行了总结,光催化分离膜具有良好的发展前景,制备高效、稳定的可见光响应光催化分离膜是未来的发展趋势。     

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.     

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。     

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。