g-C_3N_4-Ag_3PO_4/Fe_3O_4磁性光催化剂的制备及性能研究

以光催化降解罗丹明B为探针,考察了反应条件对催化剂性能的影响,并通过XRD、FTIR和UV-Vis-DRS对部分催化剂的结构和光吸收性能进行了表征。结果表明,该催化剂中g-C_3N_4呈现出类石墨层状结构,Ag_3PO_4为立方晶相,Fe_3O_4为立方尖晶石型,Ag_3PO_4对g-C_3N_4的复合拓宽了其光谱响应范围,g-C_3N_4、Ag_3PO_4和Fe_3O_4通过分子间作用力复合。光催化降解实验表明,在g-C_3N_4-Ag_3PO_4/Fe_3O_4投加量为0.83 g/L,反应体系pH=7及可见光下反应105 min的条件下,该催化剂对5 mg/L的罗丹明B的降解率高达98.81%。此外,该催化剂还对其它3种染料也表现出良好的光催化降解能力,并且该催化剂可通过磁分离回收,回用稳定性较好。     

RhNi/Co3O4纳米材料催化氨硼烷水解产氢研究

金属氧化物被广泛应用于催化剂的载体,Co_3O_4作为一种金属氧化物具有弱磁性和氧化还原等特性,可被当作载体制备出高效同时高稳定性的催化剂。采用浸渍-还原法,通过改变Rh和Ni的物质的量之比制得了一系列Rh基及过渡金属Ni基负载在Co_3O_4载体上的催化剂,并对这些样品进行表征及氨硼烷(AB)水解产氢的测试。一系列表征结果证明RhNi合金已成功负载到Co_3O_4载体表面。Rh_(1.5)Ni_(0.5)/Co_3O_4表现出最优异的氨硼烷水解产氢性能,转换频率(TOF)高达1 178.85 min~(-1),相应的活化能(E_a)为66.65 kJ/mol。     

构建MoS2/Fe-g-C3N4异质结催化剂以促进其可见光催化产氢性能

以g-C_3N_4为基底,通过掺杂Fe元素,复合MoS_2的方法制备了具有多孔异质结结构的MoS_2/Fe-g-C_3N_4半导体材料,并测量了其光解水产氢性能,发现MoS_2含量为3%(以g-C_3N_4的质量为基准,下同)时,MoS_2/Fe-g-C_3N_4的光催化性能优异,其产氢速率达到48.2μmol/h,为g-C_3N_4的5.48倍。利用XRD、FTIR、SEM、TEM、XPS表征了催化剂的物化性质;利用PL、UV-Vis等方法表征了催化剂的光学性质。结果发现,Fe元素的掺杂使g-C_3N_4结晶度降低,并呈现一种交叉孔道结构,极大增加了催化剂的比表面积。同时,MoS_2可以与g-C_3N_4形成异质结结构,提高了MoS_2/Fe-g-C_3N_4的可见光吸收率以及光生电子-空穴对的分离效率,从而有效提高了MoS_2/Fe-g-C_3N_4光解水产氢的能力。     

Co_3O_4/g-C_3N_4纳米材料制备超级电容器及其电化学性能研究

采用碳辅助法和原位沉降法将Co_3O_4与石墨相氮化碳(g-C_3N_4)进行复合得到Co_3O_4/g-C3N4复合材料。利用XRD、SEM、TEM等多种表征手段对Co_3O_4和Co_3O_4/g-C_3N_4复合材料进行表征。结果表明,Co_3O_4均匀分布在g-C_3N_4片层中形成了(2D-3D)新型结构。电化学性能测试结果表明,Co_3O_4/g-C_3N_4复合材料电流密度为1 A/g时,比电容达到1 071 F/g,比纯Co_3O_4提升4.9倍;在电流密度为10 A/g时,经过1 000次循环,比电容仍能保持95.5%。     

γ-Al_2O_3负载的Ni_xCo_(1-x)Co_2O_4催化剂N_2O催化分解性能

以K_2CO_3为沉淀剂,γ—Al_2O_3为载体,采用共沉淀法制备了负载质量分数为30%和具有Co_3O_4尖晶石结构的Ni_xCo_(1-x)Co_2O_4复合金属氧化物催化剂(x分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0),确定了最适宜的x值。考察了焙烧温度对催化剂的影响,对制备的样品进行了XRD、BET、SEM和H_2-TPR等表征,在微反装置上对催化剂进行N_2O催化分解活性评价。结果表明,适宜的x值为0.5,焙烧温度为800℃。N_2O和O_2浓度是影响催化剂的N_2O催化分解转化率的主要因素,低浓度有利于提高N_2O催化分解转化率。掺杂还原性气体(如CO和NO)加速了N_2O催化分解反应,有利于提高催化剂的N_2O催化分解转化率。在模拟工业装置反应尾气[φ(N_2O)=12%、φ(O_2)=16.8%和其他混合气体]条件下,催化剂N_2O完全催化分解温度为612℃,满足实际工业生产装置运行要求(小于750℃)。     

沉淀方式对沉淀法制备Co_3O_4催化N_2O直接分解性能的影响

以Co(NO_3)_2·6H_2O为钴源,K_2CO_3为沉淀剂,采用沉淀法制备Co_3O_4催化剂,用于催化N_2O直接分解反应。利用N_2~-物理吸附、XRD、FT-IR、TEM、TPR和ICP等对其进行表征,考察沉淀方式对Co_3O_4催化剂结构及其催化性能的影响。结果表明,沉淀方式对制备的Co_3O_4催化剂织构性质、物相组成和晶粒尺寸等影响不大,但显著影响其K残留量和还原性能,进而决定催化剂直接催化分解N_2O的催化性能。反加法制得的催化剂中K残留量为1.43%,明显高于正加法,同时催化剂中Co~(3+)较正加法更易还原,因而表现出更高的催化性能。在空速10 000 h~(-1)和N_2O体积分数0.1%的条件下,反加法制备的催化剂可在280℃催化N_2O完全分解,较正加法低20℃。     

g-C3 N4/Ag/α-FeOOH对磺胺嘧啶的光催化降解效果评价

采用水热法和光沉积法成功制备了三元催化剂g-C_3N_4/Ag/α-FeOOH,利用红外光谱(IR)、X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了g-C_3N_4/Ag/α-FeOOH的组分、晶型和形貌,并研究了其对可见光下磺胺嘧啶(SD)的催化降解性能。结果表明:g-C_3N_4和α-FeOOH成功结合,贵金属Ag在α-FeOOH表面沉积;g-C_3N_4/Ag/α-FeOOH具有较多孔型和较大的比表面积,能有效提高对可见光的利用率。光催化SD实验表明,SD的光降解反应符合一级反应动力学;在500 W氙灯的模拟太阳光照射下,10mg·L~(-1)的g-C_3N_4和α-FeOOH单独对SD的降解促进率分别达到73.75%和68.80%;g-C_3N_4/Ag/α-FeOOH对SD的催化性能比g-C_3N_4和α-FeOOH都有明显提高,在投加量为10mg·L~(-1)时,达到最佳催化促进效果,降解促进率为107.50%。     

窄带隙半导体耦合Bi_2S_3/g-C_3N_4催化剂制备及光催化性能

利用原位生成法,制备了Bi_2S_3含量可调的Bi_2S_3/g-C_3N_4复合材料。通过X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、光致发光光谱(PL)、时间分辨荧光衰减光谱等手段对制备的光催化剂物相、形貌、结构和性能进行表征分析。可见光照射下,以罗丹明B(Rh B)为降解模型评价Bi_2S_3/g-C_3N_4复合材料的催化性能。结果表明:Bi_2S_3沉积在g-C_3N_4表面,显著增强g-C_3N_4的可见光催化性能,并随着Bi_2S_3含量不同,复合光催化剂Bi_2S_3/g-C_3N_4的催化性能发生变化,其中Bi_2S_3质量分数为5%时表现出最佳的可见光催化活性。利用捕获剂、NBT转化确定h+是主要的活性物种,O_2~-·是次要活性物种。对Bi_2S_3/g-C_3N_4光催化活性增强机理进行研究,Bi_2S_3的加入显著增强g-C_3N_4对可见光的吸收,并与g-C_3N_4之间形成异质结,促进光生电子空穴的有效分离,延长载流子寿命,显著增强g-C_3N_4光催化性能。     

g-C_3N_4/MgAl-LDH异质结的构建及其光催化产氢性能研究

本论文提出通过原位一步水热法,以g-C_3N_4纳米片为模板,Mg(NO_3)_2和Al(NO_3)_3为前驱体制备得到g-C_3N_4/Mg Al-LDH复合异质结材料,并对其光催化分解水产氢性能进行评价。结果显示,异质结的构建为光生载流子的迁移和分离提供更多的高速通道。因此复合异质结样品在光催化产氢反应中表现出优异性能。其中CN/MgAl1.0复合样品表现出最佳的产氢活性,产氢速率达513.2μmol·g~(-1)·h~(-1),是单纯g-C_3N_4样品的8.8倍。     

CuO/g-C_3N_4复合光催化剂光催化降解甲基橙

选用Cu(NO_3)_2和g-C_3N_4为原料,将两种原料溶解,蒸发,500℃焙烧制得CuO/g-C_3N_4复合光催化剂,在太阳光下催化降解甲基橙。结果表明,通过正交实验得到最佳反应条件为:甲基橙溶液pH=3.8,温度(15~25)℃,CuO与g-C_3N_4质量比3∶10,催化剂用量10 mg,反应时间3 h,甲基橙最大降解率为64.6%。     

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基复合纳米材料光催化性能研究进展

g-C₃N₄可见光利用率高,具有非常好的光催化性能,是一种新型的无金属半导体光催化材料,然而电导率低,易团聚,光生载流子容易复合限制了其在实际生产中的应用。为进一步提高g-C₃N₄基复合材料的光催化性能,研究者做了大量修饰工作,并取得显著成果。本文主要从半导体材料耦合(细分为原子层沉积法和三元纳米材料复合)、贵金属修饰和量子点敏化三个方面概括了近年来对g-C₃N₄的修饰改性工作,探究了g-C₃N₄基复合材料在光催化降解有机污染物、光解水制氢、催化“记忆”效应和降解重金属等不同领域方面取得的成效。指出g-C₃N₄基复合材料发展面临的问题,最后对g-C₃N₄基复合材料未来的发展提出了展望。     

金负载多孔g-C3N4纳米片制备及可见光催化产氢性能

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为一种不含金属的光催化剂,因成本低、简单易得和良好的光响应特性受到关注。然而,电子-空穴对的高复合率阻碍了其广泛的应用。以三聚氰胺为原料、尿素为致孔剂,通过水热结合煅烧方法制备出多孔g-C₃N₄纳米片（PCNS）,然后采用化学还原法将金（Au）负载在PCNS表面,并对反应体系中的金含量进行调控。通过X射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）、拉曼（Raman）光谱、透射电镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和电化学测试等对复合材料进行了表征。与PCNS相比,Au/PCNS复合材料不仅具有更强的光吸收性能,而且电子和空穴的复合率也明显降低。同时对复合材料的可见光分解水产氢性能进行了研究,结果发现0.5%Au/PCNS呈现出最优的光催化产氢速率[84.09 μmol/（g·h）],是0.5%Au/g-C₃N₄[1.88 μmol/（g·h）]的44.7倍。     

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。     

SnWO4/g-C3N4复合光催化剂降解亚甲基蓝溶液

采用溶剂热法制备SnWO_4/g-C_3N_4复合光催化剂,在可见光降解亚甲基蓝实验中研究复合催化剂的光催化性能。考察催化剂投加量、亚甲基蓝溶液初始浓度、溶液pH值、盐效应对光催化性能的影响及SnWO_4/g-C_3N_4复合光催化剂的重复利用性。实验结果表明,在催化剂投加量1.0 g·L~(-1)、亚甲基蓝溶液初始浓度15 mg·L~(-1)和溶液pH值7.08时,在可见光条件下反应3 h,亚甲基蓝溶液脱色率达到94.2%;NaCl对光催化降解亚甲基蓝具有抑制作用,加入10 mmol·L~(-1)的NaCl溶液后亚甲基蓝的脱色率降为76.0%;复合光催化剂循环使用5次后,暗吸附后光照3 h,亚甲基蓝溶液的总脱色率仍可达到78.7%,重复利用性良好。     

动物骨源羟磷灰石负载Co3O4用于N2O催化分解

通过焙烧猪骨和鸡骨获得羟磷灰石(nHAP)载体,并采用浸渍法制备Co3O4/nHAP催化剂。采用XRD、N2物理吸附-脱附、FT-IR和H2-TPR等对催化剂进行表征,在连续流动微反装置上考察催化剂催化分解N2O的性能。结果表明,相比于鸡骨源Co3O4/nHAP催化剂,以猪骨源HAP为载体的催化剂因其较大的比表面积以及较小的Co3O4粒径尺寸,提供了更多的活性位点。特别是猪骨源Co3O4/nHAP催化剂中适量的K、Na等元素促进了Co^3+到Co^2+的还原,削弱了Co-O键,使催化剂的催化活性显著提高。     

BiOI/g-C3N4光催化降解甲基橙研究

以三聚氰胺为前驱物采用热聚合法制备了石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,并在其表面原位合成了碘氧化铋（BiOI）,构筑了石墨相氮化碳-碘氧化铋复合材料。采用X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、紫外可见漫反射仪（UV-Vis-DRS）等对催化剂进行了表征。结果表明,当BiOI与g-C₃N₄物质的量比为0.5时,BiOI/g-C₃N₄催化剂具有高分散的BiOI颗粒及适中的禁带宽度,吸附和降解甲基橙性能最佳。回流温度为120 ℃时制备的BiOI/g-C₃N₄催化剂具有适中的粒径、比表面积和表面羟基浓度,吸附和降解甲基橙性能最佳,且该催化剂具有良好的重复使用性能。     

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⁺。     

Potassium-doped Co3O4 catalyst for direct decomposition of N2O

Direct decomposition of nitrous oxide (N₂O) on K-doped Co₃O₄ catalysts was examined. The K-doped Co₃O₄ catalyst showed a high activity even in the presence of water. In the durability test of the K-doped Co₃O₄ catalyst, the activity was maintained at least for 12 h. It was found that the activity of the K-doped Co₃O₄ catalyst strongly depended on the amount of K in the catalyst. In order to reveal the role of the K component on the catalytic activity, the catalyst was characterized by XRD, XPS, TPR and TPD. The results suggested that regeneration of the Co²⁺ species from the Co³⁺ species formed by oxidation of Co²⁺ with the oxygen atoms formed by N₂O decomposition was promoted by the addition of K to the Co₃O₄ catalyst.