直接Z型MIL-100(Fe)/BiOBr异质结的构建及光芬顿降解磺胺甲恶唑的性能

通过原位共沉淀法可控制备了系列直接Z型MIL-100(Fe)/BiOBr异质结。使用粉末X射线衍射(PXRD)、傅里叶红外变换(FTIR)光谱、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、扫描电镜(SEM)、高倍透射电镜(HRTEM)以及 X 射线光电子能谱(XPS)对MIL-100(Fe)/BiOBr 异质结晶体结构、微观形貌、光学性能、化学组成进行表征。以低功率发光二级管可见光为光源，探究了MIL-100(Fe)/BiOBr异质结光芬顿降解磺胺甲恶唑(SMX)性能。最佳反应体系MB-7/Vis/H₂O₂(MB-7是MIL-100(Fe)质量为BiOBr质量的10%时制备的样品)在光源照射70 min后可降解99.8% SMX(5 mg·L^-1)。同时，还考察了H₂O₂浓度、催化剂投加量、pH值以及无机阴离子对 MB-7/Vis/H₂O₂降解 SMX 影响。MB-7/Vis/H₂O₂能够在经过 5轮循环降解实验后保持 95% 以上的 SMX 降解效率，表明其具有较好的循环稳定性。通过光致发光(PL)光谱、光电化学测试、活性物质捕获实验以及电子自旋共振(ESR)技术对光芬顿降解SMX机理进行了揭示。增强的光芬顿活性的机制主要来自于异质结的构建加速了光生载流子的分离，进而促进了活性物质产生以及Fe³⁺/Fe²⁺的循环。     

直接Z型MIL-100(Fe)/BiOBr异质结的构建及光芬顿降解磺胺甲恶唑的性能

通过原位共沉淀法可控制备了系列直接Z型MIL-100(Fe)/Bi OBr异质结。使用粉末X射线衍射(PXRD)、傅里叶红外变换(FTIR)光谱、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、扫描电镜(SEM)、高倍透射电镜(HRTEM)以及X射线光电子能谱(XPS)对MIL-100(Fe)/Bi OBr异质结晶体结构、微观形貌、光学性能、化学组成进行表征。以低功率发光二级管可见光为光源,探究了MIL-100(Fe)/Bi OBr异质结光芬顿降解磺胺甲恶唑(SMX)性能。最佳反应体系MB-7/Vis/H₂O₂(MB-7是MIL-100(Fe)质量为Bi OBr质量的70%时制备的样品)在光源照射70 min后可降解99.8%SMX(5 mg·L^-1)。同时,还考察了H₂O₂浓度、催化剂投加量、p H值以及无机阴离子对MB-7/Vis/H₂O₂降解SMX影响。MB-7/Vis/H₂O₂能够在经过...     

物理化学综合实验:g-C3N4/MIL-125(Ti)的制备表征及其光催化还原Cr(Ⅵ)性能测试

该综合实验制备了一种负载型催化剂,并对其光催化还原Cr（Ⅵ）性能进行测试。采用溶剂热法制备g-C3N4/MIL-125（Ti）催化剂,通过X射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、N2-吸脱附曲线、固体紫外-可见漫反射光谱（DRS）、荧光光谱（PL）及交流阻抗谱（EIS）表征了催化剂的结构、形态以及光催化性能。结合材料的表征数据及性能测试结果分析探讨g-C3N4的负载量对光催化还原Cr（Ⅵ）活性的影响,进一步探究该催化反应的进行机制。该实验实现了光催化技术与物理化学实验教学的结合,可让学生获取催化学科的前沿知识,了解催化反应以及各种现代测试技术的基本原理。     

球片型Fe3O4/g-C3N4复合材料光催化性能研究

本文分别通过牺牲模板法与热聚合法,制备出Fe_3O_4纳米球与g-C_3N_4。再采用超声辅助液相剥离法将g-C_3N_4剥离成纳米片分散液,接着通过交替过滤使得Fe_3O_4纳米球与g-C_3N_4纳米片形成球片型的光催化复合材料。利用XRD、BET、SEM及TEM等检测手段对产物的形貌及结构进行表征。通过对比单独的g-C_3N_4与Fe_3O_4/g-C_3N_4复合物,得出Fe_3O_4/g-C_3N_4复合物在还原Cr(Ⅵ)水溶液中显示出高的光催化活性,同时也具有良好的稳定性。     

2D/2D BiOBr/g-C3N4 S型异质结光催化性能

近年来,能源短缺和环境污染严重威胁人类的可持续发展.光催化技术具有绿色环保、成本低等优势,被认为是解决上述问题的最佳途径之一,其实用化的核心是开发高效可见光催化材料.石墨相氮化碳(g-C3N4)因其物理化学性质稳定、无毒、廉价及能带适宜等特点,广泛应用于光催化领域.然而,光生载流子易复合、比表面积小等问题不利于其实际应...     

高可见光催化降解污染物和产氢活性的Z型N-掺杂K4Nb6O17/g-C3N4异质结

随着人口增长和全球工业化进程加快,人们饱受环境污染和能源短缺问题的困扰.半导体光催化技术作为一种高效、可持续、环境友好、有潜力的新技术,在环境净化和能源开发方面有着广阔的应用前景.到目前为止,人们已开发出多种半导体光催化剂,并广泛应用于污染物降解、氢气制备和二氧化碳还原等领域.其中,化合物K4Nb6O17具有典型的层状结构、合适的电子能带结构、结构易改性以及良好的电荷传输性能等特点,在光催化领域得到了广泛研究.然而,单纯K4Nb6O17仍存在光响应范围窄、光生载流子复合率高等问题,限制了K4Nb6O17的进一步应用.因此,需要对K4Nb6O17进行改性,拓宽其光吸收范围,提高其光生载流子分离效率,从而提高其光催化活性.本研究通过简单焙烧法制备Z型N-掺杂K4Nb6O17/g-C3N4(KCN)异质结光催化剂,其中石墨相氮化碳(g-C3N4)在复合材料中质量比约为50%.层状K4Nb6O17层板的电子结构通过N掺杂进行调控,拓宽其光响应范围,使其具有可见光响应;同时,形成的g-C3N4位于N-掺杂K4Nb6O17的外层以及内层空间,在这两种组分之间形成异质结,有利于提高光生载流子的分离效率.荧光光谱、时间分辨荧光光谱和光电化学测试表明,N掺杂和异质结的形成有利于增强光生电子-空穴对的传输和分离效率.通过在可见光照射下降解罗丹明B(RhB)和产氢来评估材料的光催化性能.相比g-C3N4(8.24μmol/h)和Me-K4Nb6O17(~1.30μmol/h),KCN复合材料光催化产氢效率(~16.91μmol/h)得到了极大提高,并显示出极好的光催化产氢稳定性能.对于光催化降解RhB体系,KCN复合材料也显示出较好的光催化活性和稳定性,并能很好地将RhB矿化.鉴于KCN复合材料具有较小的比表面积(9.9 m^2/g)且无孔结构,认为比表面积对光催化活性影响较小.因此,与单组分相比,KCN复合材料光催化产氢和RhB降解活性都得到了极大提高,活性的增强主要归功于N掺杂和异质结形成的协同效应,其中N掺杂可以拓宽光捕获能力,异质结形成可提高电荷载流子的分离效率.电子自旋共振(ESR)谱表明,在KCN降解RhB体系中,超氧自由基(·O2^?)、羟基自由基(·OH)和空穴(h^+)作为主要活性物质都参与了反应.结合实验结果可以推测KCN复合材料满足了Z型光催化体系,该体系具有高效的光生载流子分离效率和较高的氧化还原能力.     

理论计算研究二维/二维BP/g-C3N4异质结的光催化CO2还原性能

Photocatalytic reduction of CO₂ to hydrocarbon compounds is a promising method for addressing energy shortages and environmental pollution. Considerable efforts have been devoted to exploring valid strategies to enhance photocatalytic efficiency. Among various modification methods, the hybridization of different photocatalysts is effective for addressing the shortcomings of a single photocatalyst and enhancing its CO₂ reduction performance. In addition, metal-free materials such as g-C₃N₄ and black phosphorus (BP) are attractive because of their unique structures and electronic properties. Many experimental results have verified the superior photocatalytic activity of a BP/g-C₃N₄ composite. However, theoretical understanding of the intrinsic mechanism of the activity enhancement is still lacking. Herein, the geometric structures, optical absorption, electronic properties, and CO₂ reduction reaction processes of 2D/2D BP/g-C₃N₄ composite models are investigated using density functional theory calculations. The composite model consists of a monolayer of BP and a tri-s-triazine-based monolayer of g-C₃N₄. Based on the calculated work function, it is inferred that electrons transfer from g-C₃N₄ to BP owing to the higher Fermi level of g-C₃N₄ compared with that of BP. Furthermore, the charge density difference suggests the formation of a built-in electric field at the interface, which is conducive to the separation of photogenerated electron-hole pairs. The optical absorption coefficient demonstrates that the light absorption of the composite is significantly higher than that of its single-component counterpart. Integrated analysis of the band edge potential and interfacial electronic interaction indicates that the migration of photogenerated charge carriers in the BP/g-C₃N₄ hybrid follows the S-scheme photocatalytic mechanism. Under visible-light irradiation, the photogenerated electrons on BP recombine with the photogenerated holes on g-C₃N₄, leaving photogenerated electrons and holes in the conduction band of g-C₃N₄ and the valence band of BP, respectively. Compared with pristine g-C₃N₄, this S-scheme heterojunction allows efficient separation of photogenerated charge carriers while effectively preserving strong redox abilities. Additionally, the possible reaction path for CO₂ reduction on g-C₃N₄ and BP/g-C₃N₄ is discussed by computing the free energy of each step. It was found that CO₂ reduction on the composite occurs most readily on the g-C₃N₄ side. The reaction path on the composite is different from that on g-C₃N₄. The heterojunction reduces the maximum energy barrier for CO₂ reduction from 1.48 to 1.22 eV, following the optimal reaction path. Consequently, the BP/g-C₃N₄ heterojunction is theoretically proven to be an excellent CO₂ reduction photocatalyst. This work is helpful for understanding the effect of BP modification on the photocatalytic activity of g-C₃N₄. It also provides a theoretical basis for the design of other high-performance CO₂ reduction photocatalysts.      

Ⅱ型TiO2/g-C3N4异质结的构筑促进高效光催化U(Ⅵ)还原

采用水热法将TiO₂纳米片修饰在中空管状g-C₃N₄上制备了TiO₂/g-C₃N₄(T-CN)复合催化剂。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和光电流响应等对其形貌、结构和光物理性能进行了表征。结果表明,TiO₂纳米片均匀地分散在中空管状g-C₃N₄表面,两者紧密结合形成异质结。TiO₂与g-C₃N₄的质量比为20%时制得的T-CN-20复合催化剂在60 min内对U的去除率为85.64%,是纯相g-C₃N₄的6.7倍。在10倍高浓度阳离子共存条件下的去除率仍大于69.8%,且具有优良的结构稳定性。对光催化产物分析可知,T-CN将U还原为难溶的U(63.68%)以去除铀,可有效解决含铀核废水中的U污染问题。根据能带理论分...     

Fe(Ⅲ)螯合掺杂对g-C3N4光催化性能和活性位的影响(英文)

元素掺杂是一种简单有效的光催化剂改性方法.已有诸多文献报道采用非金属元素(B、P、S)或金属元素(Na⁺, Ni³⁺,Co³⁺, Cu²⁺)对g-C₃N₄进行掺杂改性,但目前对金属掺杂的模型和影响机理尚不清晰.g-C₃N₄作为层状材料,它的表面和边缘有大量的胺基,它对光生载流子的传输起到重要作用.此外,胺基可以与金属通过配位键形成螯合物;与胺基螯合的金属由于其功函数较小,可以捕获半导体的光生电子,并有利于降低光生载流子的复合.本文选用Fe(Ⅲ)对g-C₃N₄进行掺杂改性, SEM-EDS表明, C和N元素均匀分布在g-C₃N₄整个骨架上,而Fe元素主要分布在g-C₃N₄边缘部分;FTIR结果发现,掺杂Fe后, N-Hx伸缩振动峰强度随着掺杂量的增加而降低,证明Fe(Ⅲ)与g-C     

光降解刚果红的S型硫掺杂g-C3N4/TiO2异质结光催化剂

含有机物工业废水的处理仍然是人类实现可持续发展的重大挑战.而光催化作为一种先进的氧化环保技术,以其反应条件温和、能耗相对较低的优点在有机废水处理中受到越来越多的关注.近年来,人们设计和合成了许多不同结构和形状的光催化剂.特别是金属氧化物半导体以其适宜的能带结构、稳定的物化性质、无毒性等特点已成为光催化降解有机废水的研究热点.此外,一维纳米结构(1D)已被证实有利于光催化降解过程,其优势在于比表面积大,离子的迁移路径短,以及独特的一维电子转移轨道.尤其是TiO2纳米纤维由于其亲水性、特殊的形貌和合适的能带位置,在污染物水溶液的处理中表现出优异的光催化性能.然而,TiO2(～3.2 eV)的宽禁带、光生载流子的易复合等缺陷导致其光利用率较低,限制了其实际应用.因此,人们提出了许多提高光催化活性的策略,如掺杂金属或非金属元素、负载贵金属、构建异质结等.构建梯形(S型)异质结已被证实是提高复合材料光催化活性的一种有前途的策略.S型异质结不仅能有效地分离光生电子和空穴,而且还原能力低的半导体CB上的电子和氧化能力低的半导体VB上的空穴复合,而氧化还原能力较强的空穴和电子分别被保留.因此,这一电子转移过程赋予了复合物最大的氧化还原能力.同时,在g-C3N4中引入硫元素可以拓宽其光吸收范围,从而产生更多的光生载流子.此外,额外的表面杂质将有助于e?-h+对的分离,其光催化活性明显高于单纯的g-C3N4.综合一维纳米结构、硫掺杂和S型异质结的优势,本文采用静电纺丝和煅烧法制备了一系列硫掺杂的g-C3N4(SCN)/TiO2 S型光催化剂.制备的SCN/TiO2复合材料在光催化降解刚果红(CR)水溶液中表现出比纯TiO2和SCN更优越的光催化性能.光催化活性的显著增强是由于一维分布的纳米结构和S型异质结.此外,XPS分析和DFT计算表明,电子从SCN通过SCN/TiO2复合材料的界面转移到TiO2.在模拟太阳光照射下,界面内建电场、带边缘弯曲和库仑相互作用协同促进了复合物相对无用的电子和空穴的复合.因此,剩余的电子和空穴具有较高的还原性和氧化性,使复合材料具有最高的氧化还原能力.这些结果通过自由基捕获实验、ESR实验和XPS原位分析得到了充分的验证,说明光催化剂中的电子迁移遵循S型异质结机理.本文不仅可以丰富了新型S型异质结光催化剂的设计和制备方面的知识,并为未来解决环境污染问题提供一个有前景的策略.     

反蛋白石结构的g-C3N4可控合成及其优异的光催化产氢性能

The growing frustration from facing energy shortages and unbalanced environmental issues has obstructed the long-term development of human society. Semiconductor-based photocatalysis, such as water splitting, transfers solar energy to storable chemical energy and is widely considered an economic and clean solution. Although regarded as a promising photocatalyst, the low specific surface area of g-C₃N₄ crucially restrains its photocatalytic performance. The macro-mesoporous architecture provides effective channels for mass transfer and full-light utilization and improved the efficiency of the photocatalytic reaction. Herein, g-C₃N₄ with an inverse opal (IO) structure was rationally fabricated using a well-packed SiO₂ template, which displayed an ultrahigh surface area (450.2 m²·g^-1) and exhibited a higher photocatalytic H₂ evolution rate (21.22 μmol·h^-1), almost six times higher than that of bulk g-C₃N₄ (3.65 μmol·h^-1). The IO g-C₃N₄ demonstrates better light absorption capacity than bulk g-C₃N₄, primarily in the visible spectra range, owing to the multiple light scattering effect of the three-dimensional (3D) porous structure. Meanwhile, a lower PL intensity, longer emission lifetime, smaller Nyquist semicircle, and stronger photocurrent response (which synergistically give rise to the suppressed recombination of charge carriers) decrease the interfacial charge transfer resistance and boost the formation of photogenerated electron-hole pairs. Moreover, the existing N vacancies intensify the local electron density, helping increase the number of photoexcitons. The N₂ adsorption-desorption test revealed the existence of ample mesopores and macropores and high specific surface area in IO g-C₃N₄, which exposes more active edges and catalytic sites. Optical behavior, electron paramagnetic resonance, and electrochemical characterization results revealed positive factors, including enhanced light utilization, improved photogenerated charge separation, prolonged lifetime, and fortified IO g-C₃N₄ with excellent photocatalytic performance. This work provides an important contribution to the structural design and property modulation of photocatalysts.      

g-C3N4/CeO2异质结材料的制备及其光催化性能的研究

以三聚氰胺、硝酸铈为原料,通过高温煅烧法制备了不同CeO₂含量的片层状g-C₃N₄/CeO₂,通过XRD、FT-IR、XPS等对系列g-C₃N₄-CeO₂材料进行了表征,考察了材料在可见光(λ≥420nm)条件下降解盐酸四环素(TC)的光催化活性。与单纯的g-C₃N₄相比,g-C₃N₄/CeO₂-30%具有更优异的光催化性能,这是由于g-C₃N₄-CeO₂间的异质结作用促进了光生电子和空穴分离。自由基捕获实验证实·O^-₂在催化反应过程中起到主要作用,并提出了相应的光催化机理。     

全有机S型异质结PDI-Ala/S-C3N4光催化剂增强光催化性能

Organic photocatalysts have attracted attention owing to their suitable redox band positions, low cost, high chemical stability, and good tunability of their framework and electronic structure. As a novel organic photocatalyst, PDI-Ala (N, N'-bis(propionic acid)-perylene-3, 4, 9, 10-tetracarboxylic diimide) has strong visible-light response, low valence band position, and strong oxidation ability. However, the low photogenerated charge transfer rate and high carrier recombination rate limit its application. Due to the aromatic heterocyclic structure of g-C₃N₄ and large delocalized π bond in the planar structure of PDI-Ala, g-C₃N₄ and PDI-Ala can be tightly combined through π–π interactions and N―C bond. The band structure of sulfur-doped g-C₃N₄ (S-C₃N₄) matched well with PDI-Ala than that with g-C₃N₄. The electron delocalization effect, internal electric field, and newly formed chemical bond jointly promote the separation and migration of photogenerated carriers between PDI-Ala and S-C₃N₄. To this end, a novel step-scheme (S-scheme) heterojunction photocatalyst comprising organic semiconductor PDI-Ala and S-C₃N₄ was prepared by an in situ self-assembly strategy. Meanwhile, PDI-Ala was self-assembled by transverse hydrogen bonding and longitudinal π–π stacking. The crystal structure, morphology, valency, optical properties, stability, and energy band structure of the PDI-Ala/S-C₃N₄ photocatalysts were systematically analyzed and studied by various characterization methods such as X-ray diffraction, transmission electron microscopy, energy dispersive X-ray spectrometry, X-ray photoelectron spectroscopy, ultraviolet visible diffuse reflectance spectroscopy, electrochemical impedance spectroscopy, and Mott-Schottky curve. The work functions and interface coupling characteristics were determined using density functional theory. The photocatalytic activities of the synthesized photocatalyst for H₂O₂ production and the degradation of tetracycline (TC) and p-nitrophenol (PNP) under visible-light irradiation are discussed. The PDI-Ala/S-C₃N₄ S-scheme heterojunction with band matching and tight interface bonding accelerates the intermolecular electron transfer and broadens the visible-light response range of the heterojunction. In addition, in the processes of the PDI-Ala/S-C₃N₄ photocatalytic degradation reaction, a variety of active species (h⁺, ·O₂^-, and H₂O₂) were produced and accumulated. Therefore, the PDI-Ala/S-C₃N₄ heterojunction exhibited enhanced photocatalytic performance in the degradation of TC, PNP, and H₂O₂ production. Under visible-light irradiation, the optimum 30%PDI-Ala/S-C₃N₄ removed 90% of TC within 90 min. In addition, 30%PDI-Ala/S-C₃N₄ displayed the highest H₂O₂ evolution rate of 28.3 μmol·h^-1·g^-1, which was 2.9 and 1.6 times higher than those of PDI-Ala and S-C₃N₄, respectively. These results reveal that the all organic photocatalyst comprising PDI-based supramolecular and S-C₃N₄ can be efficiently applied for the degradation of organic pollutants and production of H₂O₂. This work not only provides a novel strategy for the design of all organic S-scheme heterojunctions but also provides a new insight and reference for understanding the structure–activity relationship of heterostructure catalysts with effective interface bonding.      

g-C3N4/CoTiO3梯型异质结及其增强的可见光催化分解纯水制氢性能(英文)

光催化分解纯水制氢在利用太阳能制备清洁能源方面极具潜力,寻找高效的光催化剂是实现其实际应用的关键因素.高效的光催化剂需同时具备宽光谱吸收、低载流子复合率以及足够强的氧化还原能力等条件.然而,具有强氧化还原能力的光催化剂通常具有较高的导带和较低的价带位置,导致其带隙较宽,光吸收范围缩窄,因此,单一的光催化剂难以同时满足宽光谱吸收和强氧化还原能力也难以实现高效的光催化纯水分解制氢.相比之下,梯型异质结可以将两种带隙适宜、能带结构匹配的光催化剂集成在一起,在保持原本光催化剂的强氧化还原能力的同时也能充分地利用太阳光,因此梯型异质结的研究受到广泛关注.目前报道的梯型异质结光催化剂的可见光催化分解纯水制氢效率仍然很低,并且大部分的材料都是在全光谱条件下进行测试的,因此有必要开发在可见光下具有高活性的梯型异质结复合光催化剂.本文报道了一种具有可见光响应的新型g-C₃N₄/CoTiO₃复合梯型异质结光催化剂,在不添加牺牲剂的情况下,成功实现了可见光催化分解纯水制氢气.光催化测试结果表明,在可见光(λ>400 nm)照射下,当Co...     

氨基功能化纳米Fe3O4磁性高分子吸附剂对废水中Cr(VI)的吸附研究

采用分散聚合法通过共聚、开环反应, 对纳米Fe3O4进行表面功能化修饰, 得到富含NH2官能团的纳米磁性高分子复合材料. 通过透射电镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)、热重差热分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)等对其进行表征, 着重研究了其作为吸附剂对Cr(VI)的吸附性能. 结果表明: 该吸附剂对Cr(VI)的吸附能在10 min内达到平衡; 废水溶液pH值能显著影响吸附剂对Cr(VI)的吸附效果, pH为2.5时效果最佳. 废水中Cr(VI)的初始浓度、吸附时间、温度等因素对吸附效果均有不同程度的影响. 结合相应pH值下Cr(VI)的形态分布, 探讨了这种新型材料对Cr(VI)的吸附机理. 结果表明: 其吸附机理及吸附容量与废水中Cr(VI)的离子形式有关; 吸附过程以离子交换与静电引力为主. 等温吸附数据符合Langmuir模型, T＝308 K, pH＝2.5, V＝40 mL时, 吸附剂的饱和吸附容量qm＝25.58 mg/g. 吸附为吸热过程, 焓变ΔH＝8.64 kJ/mol.     

利用Ni(OH)x助催化剂修饰提高g-C3N4纳米片/WO3纳米棒Z型纳米体系的可见光产氢活性的研究

光催化技术是目前解决能源和环境问题最具前景的手段之一,因此寻找高效光催化剂已成为光催化技术的研究热点.而在众多半导体催化剂中,廉价、环保且性能稳定的g-C3N4光催化剂在太阳光开发利用方面尤其引人关注.然而,由于g-C3N4的比表面小,活性位点少,以及光生电子/空穴对易复合等不足,严重导致其较低的光催化量子效率.因此,构造Z型体系和负载助催化剂等策略被广泛应用于提高g-C3N4光催化效率.在过去几年中,TiO2,Bi2WO6,WO3,Bi2MoO6,Ag3PO4和ZnO已经被成功证实可以与g-C3N4耦合而构造Z型光催化剂体系.其中,WO3/g-C3N4光催化剂体系,具有可见光活性的WO3导带中的光生电子和g-C3N4价带中的光生空穴容易实现Z型复合,从而保留了WO3的强氧化能力和g-C3N4的高还原能力,最终大幅度提高了整个体系的光催化活性.在g-C3N4的各种产氢助催化剂中,由于常用的Pt,Ag和Au等贵金属的高成本和低储量等问题严重限制了它们的实际应用,所以近年来各种非贵金属助催化剂(包括纳米碳,Ni,NiS,Ni(OH)2,WS2和MoS2等)得到了广泛的关注.我们采取廉价且丰富的Ni(OH)x助催化剂修饰g-C3N4/WO3耦合形成的Z型体系,开发出廉价高效的WO3/g-C3N4/Ni(OH)x三元产氢光催化体系.在该三元体系中,Ni(OH)x和WO3分别用于促进g-C3N4导带上光生电子和价带的光生空穴的分离及利用,从而使得高能的g-C3N4的光生电子在Ni(OH)x富集并应用于光催化产氢,而高能的WO3的光生空穴被应用于氧化牺牲剂三乙醇胺,最终实现了整个体系的高效光催化产氢活性及稳定性.我们通过直接焙烧钨酸铵和硫脲制备出WO3纳米棒/g-C3N4,并采用原位光沉积方法将Ni(OH)x纳米颗粒负载到WO3/g-C3N4上.随后,我们采取X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)和比表面和孔径分布等表征手段来研究光催化剂的结构与形貌;采取紫外-可见漫反射表征方法来研究其光学性能;采取荧光光谱,阻抗和瞬态光电流曲线等表征手段来测试光催化剂的电荷分离性能;采取极化曲线和电子自旋共振谱等表征手段来证明光催化机理;采取光催化分解水产氢的性能测试来研究光催化剂的光催化活性与稳定性.XRD,HRTEM和XPS表征结果,表明WO3为有缺陷的正交晶系的晶体,直径为20–40纳米棒且均匀嵌入在g-C3N4纳米片上;Ni(OH)x为Ni(OH)2与Ni的混合物,其Ni(OH)2与Ni的摩尔比为97.4 : 2.6,Ni(OH)x粒径为20–50 nm且均匀分散在g-C3N4纳米片上,WO3/g-C3N4/Ni(OH)x催化剂界面之间结合牢固,其中WO3和Ni(OH)x均匀分布在g-C3N4上.紫外-可见漫反射表征结果表明,随着缺陷WO3的负载量增加,复合体系的吸收边与g-C3N4相比产生明显的红移,而加入Ni(OH)x助催化剂使得催化剂体系的颜色由黄变黑,明显地增加了可见光的吸收.荧光光谱,阻抗和瞬态光电流曲线结果表明,WO3和Ni(OH)x的加入能有效地促进光生电子/空穴的分离.极化曲线结果表明,掺入WO3和Ni(OH)x能降低g-C3N4的析氢过电位,从而提高光催化剂表面的产氢动力学.?O2?和?OH 电子自旋共振谱表明成功形成了WO3/g-C3N4 耦合Z 型体系.光催化分解水产氢的性能测试表明,20%WO3/g-C3N4/4.8%Ni(OH)x产氢效率最高(576 μmol/(g?h)),分别是g-C3N4/4.8%Ni(OH)x,20%WO3/g-C3N4和纯g-C3N4的5.7,10.8和230倍.上述结果充分证明,Ni(OH)x助催化剂修饰和g-C3N4/WO3 Z型异质结产生了极好的协同效应,最终实现了三元体系的极高的光催化产氢活性.     

氧化石墨烯量子点修饰氧掺杂多孔g-C3N4在光催化降解和抗菌中的应用（英文）

偶氮类合成色素具有遗传毒性、致癌性和致泻性,而食源性致病菌易引发细菌性感染和食物中毒事件,食品加工过程中产生的色素废水和致病菌废水若未经妥善处理就排入水体,会对水体及环境造成污染,废水中的偶氮类色素和致病菌还会通过食物链对人体健康产生威胁.因此,寻求更为高效、绿色、安全的处理技术和净化材料有效去除食品废水中高污染性和毒害性的偶氮类色素和致病菌显得尤为迫切.g-C3N4是一种具有可见光响应的有机半导体光催化材料,广泛应用于降解污染物、杀灭致病菌、催化有机反应等领域.然而,g-C3N4本身存在着比表面积小、光吸收性能差、光氧化能力低以及光生载流子迁移效率低等缺点,限制了其光催化性能.针对上述问题,我们对g-C3N4的空间和电子结构进行了设计,将形貌调控、元素掺杂和助催化剂修饰三种改性方法相结合,以获得兼具大比表面积、优异光吸收性能、强氧化能力以及快速光生载流子迁移能力的高活性g-C3N4基光催化体系.本文通过水热法制备了氧掺杂多孔氮化碳(PCNO),通过酸剥离法制备了氧化石墨烯量子点(ox-GQDs),最后通过自组装法将助催化剂ox-GQDs修饰到PCNO上,制备了ox-GQDs/PCNO复合光催化剂.零维的ox-GQDs可以通过氢键、π-π作用和化学键作用,与二维的PCNO实现紧密接触,均匀地分散在PCNO的表面和内部孔道上.由于ox-GQDs独特的上转换特性、电子捕获能力和过氧化物酶活性,ox-GQDs/PCNO复合光催化剂具有比PCNO更佳的光吸收性能、更高的电荷转移效率以及更强的光氧化能力.因此,ox-GQDs/PCNO复合材料在降解偶氮类色素和杀灭致病菌方面均表现出更为优异的可见光催化性能,活性最佳的复合材料ox-GQDs-0.2%/PCNO降解偶氮类色素苋菜红的速率常数约是PCNO的3.1倍,并且该材料能在可见光照射4 h内杀灭99.6%的大肠杆菌,远超过PCNO 31.9%的抗菌活性.另外,光生空穴、超氧自由基和羟基自由基被证实是ox-GQDs/PCNO体系在光催化反应中产生的活性物种,可以彻底矿化偶氮类色素并有效杀灭致病菌.本研究可以拓展g-C3N4基光催化剂在环境净化领域的应用前景,并为阐明ox-GQDs在复合光催化体系中的作用提供新的见解.