低光照强度下氧化石墨烯-g-C3N4_PVDF膜的光催化降解性能研究
g-C3N4 及其复合材料电催化还原反应的研究进展
第45卷第6期燕山大学学报Vol.45No.62021年11月Journal of Yanshan UniversityNov.2021㊀㊀文章编号:1007-791X (2021)06-0471-11g-C 3N 4及其复合材料电催化还原反应的研究进展黄㊀浩∗,刘昊权,任兴辉,韩㊀雨,姚文博(燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室,河北秦皇岛066004)㊀㊀收稿日期:2021-01-26㊀㊀㊀责任编辑:王建青基金项目:国家自然科学基金资助项目(51771165);河北省自然科学基金资助项目(E2020203123)㊀㊀作者简介:∗黄浩(1977-),男,湖北崇阳人,博士,研究员,主要研究方向为无机复合材料的电催化性能,Email:huanghao@㊂摘㊀要:石墨相氮化碳(g-C 3N 4)是一种无机非金属聚合半导体材料,其原料来源广泛,制备工艺简单㊁成本低廉,并且具有优异的电子能级结构和良好的稳定性,因而成为电催化领域的研究热点之一㊂本文综述了g-C 3N 4及其复合材料电催化还原反应的研究现状,首先介绍了不同形貌g-C 3N 4的电催化性能,接着列举了贵金属/g-C 3N 4㊁过渡金属/g-C 3N 4㊁非金属/g-C 3N 4复合材料电催化剂的研究进展,最后指出了该研究方向目前仍然存在的问题,并对g-C 3N 4基电催化剂未来的发展方向进行了展望㊂关键词:电催化;g-C 3N 4;复合材料;还原反应中图分类号:O646㊀㊀文献标识码:A㊀㊀DOI :10.3969/j.issn.1007-791X.2021.06.0010㊀引言人类步入工业社会以来,对煤炭㊁石油等传统化石燃料的消耗与日俱增,能源危机和环境问题日益严重,并且如今人类社会的能源需求仍在不断增长,传统的化石燃料储量已经略显疲态㊂为应对上述问题,人类有必要寻找清洁㊁可再生㊁高效的能源替代化石燃料,科研人员为开发绿色清洁能源做出了巨大努力,开发绿色可再生能源已成为当今世界的热门话题[1-5]㊂其中,氢能㊁燃料电池㊁电催化还原二氧化碳㊁电催化氮还原合成氨等能源存储与转换方面的研究备受关注[6-7]㊂但在此类能源转换装置中,往往涉及动力学缓慢的电化学反应,为了使电化学反应以所需要的速度进行,通常会产生较大的过电位,造成大量的能量浪费㊂电催化剂能加快电极㊁电解质界面上的电荷转移速度,加速电化学反应过程,达到最大的能量利用率㊂因此,开发高效的电催化剂具有重要意义[8-10]㊂由于贵金属最外层的d 轨道属于未填满状态,其特殊的电子排布状态使其极易吸附反应物分子成为催化活性中心,且具有良好的稳定性,因此贵金属仍被认为是最有效的电催化剂[11-13]㊂但贵金属储量稀缺㊁成本高昂[14-15],为解决此问题,科研人员主要从两方面进行研究:一是将贵金属与非贵金属材料复合,降低贵金属的使用量,提高利用率;二是开发非贵金属电催化剂,目前已经研制出过渡金属[16]㊁钙钛矿型[17]㊁金属碳化物[18]等多种电催化剂,取得了极大进展㊂石墨相氮化碳(g-C 3N 4)是一种无机非金属聚合半导体材料,具有优异的电子能级结构,在电催化过程中可以实现电子跃迁和转移,且化学结构独特,具有良好的热稳定性和化学稳定性[19-21]㊂目前g-C 3N 4已成功应用于传感器㊁催化剂载体㊁储能材料等电化学领域㊂但由于g-C 3N 4作为半导体材料,与贵金属相比导电性很差,直接用作电催化剂材料并不理想㊂因此,一般通过对g-C 3N 4形貌调控㊁元素掺杂和与其他材料构建复合材料等手段对其进行改性[22-27]㊂本文综述了近年g-C 3N 4及其复合材料电催化还原反应的研究进展,指出了目前仍然存在的问题,并对未来发展方向进行了展望,为开发高效㊁低成本的g-C 3N 4复合材料电催. All Rights Reserved.472㊀燕山大学学报2021化剂提供一定的参考㊂1㊀g-C 3N 4及其复合材料电催化还原反应的研究进展㊀㊀氮化碳是氮碳化物的一种同素异形体,其历史可追溯到1834年,由Berzelius 首次合成,被Liebig 命名为 melon [28-29],因此被认为是最古老的人工合成化合物之一㊂但是由于氮化碳具备化学惰性和难溶解性,使得科研人员对氮化碳材料的相关研究相对缓慢[30]㊂直到1996年,Teter 和Hemley 通过大量的理论计算,发现氮化碳具有五种晶相,分别为α相㊁β相㊁c 相㊁p 相和g 相[31-32],其中g-C 3N 4是软质相,在常温常压下具有良好的热稳定性和化学稳定性㊂g-C 3N 4是一种黄色粉末,具有类似石墨的层状结构,层与层之间以范德华力结合㊂在g-C 3N 4结构中,C㊁N 以sp 2杂化,并以σ键连接,剩下的电子形成弧电子对,以类似苯环的π键连接,通过末端的N 原子相连构成三嗪环或七嗪环[33](如图1所示[34])㊂Kroke 等根据密度泛函理论对g-C 3N 4的两种结构进行理论计算,结果表明以七嗪环为结构单元的g-C 3N 4在热力学上更为稳定,因此,g-C 3N 4的结构单元通常被认为是七嗪环[35-36]㊂g-C 3N 4具有3倍配位(类石墨)和2倍配位(吡啶类)氮原子,并且每个碳原子与3个氮原子键合,包括吡啶N 和石墨N,丰富的石墨N 和吡啶N 可提供较高的石墨化度和足够的活性位点[37],在电催化领域具有巨大的发展潜力㊂但与一般的碳材料不同的是,g-C 3N 4的导电性较差,且比表面积小,导致其电催化性能并不理想,是限制g-C 3N 4在电催化领域广泛应用的主要因素[38-40]㊂为了实现对g-C 3N 4的电催化性能的改性,科研人员做了大量研究㊂目前,已通过调控形貌或与贵金属㊁非贵金属材料复合等方法制备出了高效㊁稳定的电催化剂㊂图1㊀g-C 3N 4的两种结构类型Fig.1㊀Two structural types of g-C 3N 41.1㊀不同形貌g-C 3N 4电催化还原反应研究进展形貌对于半导体催化剂的催化性能有着很大的影响㊂通过改变㊁控制㊁调节g-C 3N 4的形貌,以期增大其比表面积,增多电催化反应的活性位点,达到提高g-C 3N 4电催化性能的目的㊂经过科研人员的不断探索,目前已经制备出g-C 3N 4纳米片[41-42]㊁g-C 3N 4纳米球[43]㊁g-C 3N 4空心微球[44]等多种形貌的g-C 3N 4电催化剂㊂张胜等[45]采用溶剂热法,通过控制反应时间,发现反应时间为12h 时产品形貌为不规则的块状;24h 时产品形貌为多孔片状;48h 时产品形貌为纤维网状结构,平均直径约为60nm;而反应96h 后纤维变粗,直径约72nm(如图2所示)㊂随后通过测定不同形貌样品的比表面积及阻抗,对比得出反应24h 所得的多孔片状g-C 3N 4的比表面积最高,是块状g-C 3N 4的8倍,且其阻抗值也最小㊂2016年Guo Shien 等人[46]合成了一种P 掺杂的g-C 3N 4六方微管,随后研究人员针对管状g-C 3N 4结构进行了大量研究,但由于制备管状g-C 3N 4方法较为苛刻,且形态混乱,因此Jiang Zhixiang 等人[47]在不使用模板的情况下,制备了具有规则六边形形态的g-C 3N 4纳米管㊂该课题组首先以g-C 3N 4为原料经过热缩聚反应生成六边形棒状中间体,再将中间体进一步进行热缩聚反应生成规则六边形纳米管㊂由于电子可以沿管状结构. All Rights Reserved.第6期黄㊀浩等㊀g-C 3N 4及其复合材料电催化还原反应的研究进展473㊀沿Z 轴转移,从而将电子的传输限定在特殊的维度上,减少了电子在诸多颗粒晶面处的传输阻力,有利于电子转移,导电性得到提升,因此电催化析氢性能(HER)得到了改善㊂之后Jiang Zhixiang 等人在六边形纳米管上沉积了Pt,析氢性能明显改善,Tafel 斜率明显降低,表明具有更快的反应动力学,具有良好的HER 催化性能㊂图2㊀不同合成时间所制备的g-C 3N 4的SEM 图像Fig.2㊀SEM images of as-prepared g-C 3N 4at different reaction times㊀㊀将可再生能源与CO 2电催化还原技术结合,将大气中的CO 2转化为CO㊁HCOOH㊁CH 3OH㊁CH 4等产物,能够实现CO 2的循环转化,减少大气中CO 2的累积,同时降低对传统化石能源的依赖,因此成为近年来的研究热点[48-49]㊂CO 2的电还原的反应途径通常涉及3个相互作用过程:CO 2吸附㊁电荷转移和产物解离,其中前两步是电子和质子转移的电化学反应,第三步是产物从催化剂表面释放的非电化学过程㊂近期,Zhou Chen 等人[50]提出了一种N 空位工程激活碳活性中心,以促进CO 2电还原(CO 2RR)的新方法,制备了N-空位工程化的g-C 3N 4(DCN)㊂N-空位工程化的g-C 3N 4上将CO 2还原为CH 4的机理如图3所示(∗表示激活的位点㊂黄色代表碳,蓝色代表氮,红色代表氧,绿色代表氢)㊂由于围绕N 空位的C 原子由三配位转化为二配位,提高了对反应过程中关键中间体的吸附(∗CO),降低了CO 2还原为CH 4的活化能垒,表现出良好的CO 2电还原活性㊂1.2㊀贵金属/g-C 3N 4复合材料电催化还原反应研究进展㊀㊀由于贵金属具有优良的导电性,且耐酸碱程度高㊁稳定性好,故而贵金属依然是最有效的电催化还原反应催化剂,但贵金属高昂的成本限制了其工业化应用㊂因此,目前许多关于贵金属催化剂的研究都集中在降低贵金属的使用量㊁提高贵金属的利用效率上[51],如将贵金属与非贵金属形成合金[52-53]㊁贵金属与非贵金属或非金属复合形成复合材料[54]等㊂由于g-C 3N 4结构中重复的s-三嗪单元的存在可以使其更容易与纳米粒子配位形成复合材料,这种强配位作用有助于电子传输,且g-C 3N 4具有良好的化学稳定性和较高的吡啶氮含量,有助于提升电催化性能[55-57]㊂因此将贵金. All Rights Reserved.474㊀燕山大学学报2021属与g-C 3N 4复合形成复合材料,是目前能源领域的研究热点之一,贵金属/g-C 3N 4复合材料对多种电催化还原反应表现出良好的催化性能㊂图3㊀CO 2RR 在N 2V-CN 上形成CH 4的反应能谱(插图为优化的原子结构)Fig.3㊀Calculated reaction energy profiles for CO 2RR to form CH 4on N 2V-CN (insets are optimized atomic structures)㊀㊀2018年,Jiang Binbin 等人[57]通过简便的溶剂热法,将Ir 纳米粒子锚固在g-C 3N 4/氮掺杂石墨烯表面(Ir /g-C 3N 4/NG)㊂Ir 纳米粒子和NG 可以起到改善g-C 3N 4导电性的作用,同时g-C 3N 4可以提高Ir 纳米粒子的分散性,防止聚集,从而暴露出更多的活性位点㊂因此该催化剂在0.5M H 2SO 4电解液中,表现出与贵金属基准催化剂(质量分数为20%的Pt /C)相当的HER 活性和优良的稳定性㊂此外,Nimai Bhandary 等人[58]通过直接液态热处理法,合成了氧化石墨烯上负载Ag 纳米颗粒修饰的g-C 3N 4催化剂(Ag /g-C 3N 4@GO)㊂该催化剂在碱性电解液中表现出优异的ORR 活性,在1600rpm下极限电流密度为5.1mA /cm 2,且具有较小的Tafel 斜率(117mV /dec ),远低于纯g-C 3N 4(155mV /dec)㊂Zhao Siqi 等人[59]将碳量子点和金纳米颗粒负载在g-C 3N 4上,制备了Au-CDots-C 3N 4三元电催化剂,用于将CO 2还原成CO㊂在Au 负载量为4%(质量分数)时,Au-Cdots-C 3N 4在-0.5V(vs.RHE)的电势下表现出较高的法拉第效率(79.8%)和较低的过电势(190mV)㊂DFT计算表明,Au-Cdots-C 3N 4催化剂对CO 2RR 的高活性源自于Au 纳米颗粒㊁CDots 和g-C 3N 4之间的协同作用,CDots 对H +和CO 2的强吸附能力㊂除单一贵金属与g-C 3N 4复合外,由于两种金属之间存在协同效应,能够进一步改善催化剂的性能,因此研究人员对双金属/g-C 3N 4复合材料做了深入研究㊂Roshan Nazir 等人[55]以g-C 3N 4/Ag 为前驱体,通过电交换技术在g-C 3N 4表面合成了多种空心双金属粒子(AgPd㊁AgPt㊁AgAu),以g-C 3N 4/AgPt 为例,材料合成机理如式(1)㊁(2)所示㊂C 3N 4+Ag ++NaBH 4ңC 3N 4/Ag(1)C 3N 4/Ag(s)+PtCl -(sol)ңC 3N 4/AgPt(s)+Ag +(sol)+4Cl -(2)得益于双金属合金带来的表面修饰和金属之间的强协同效应,以及该合金纳米颗粒的空心结构使活性位点更多地暴露于电解质,双金属/g-C 3N 4催化剂均表现出比单金属C 3N 4/Ag 更优异的HER 性能㊂双贵金属/g-C 3N 4催化剂的研究不仅限于HER,Feng Jiuju 等人[60]通过简单的一锅水法合成了负载在g-C 3N 4上的AuPd 纳米团簇(AuPd NCs /g-C 3N 4)㊂该催化剂在ORR 中显示出比商业Pt /C 和Pd /C 更正的起始电位(0.98V vs.RHE)和半波电位(1.09V vs.RHE),及更大的极限电流密度(5.4mV /cm 2),显示出优异的ORR 性能㊂同时该催化剂还表现出与商业Pt /C 相差无几的HER 性能和极低的Tafel 斜率(47mV /dec),表明该催化剂是一种性能优异的双功能电催化剂㊂1.3㊀非贵金属/g-C 3N 4复合材料电催化还原反应研究进展㊀㊀将g-C 3N 4与贵金属复合形成复合材料,固然. All Rights Reserved.第6期黄㊀浩等㊀g-C3N4及其复合材料电催化还原反应的研究进展475㊀可以提升电催化性能,但从长远里看,贵金属/g-C3N4复合材料的发展及应用还是受制于贵金属极为有限的储量,成本问题依然存在[61]㊂因此,开发非贵金属/g-C3N4电催化剂成为目前的研究热点之一,研究人员研究了不同非贵金属/g-C3N4材料的电催化还原反应性能(表1~3)㊂表1㊀非贵金属/g-C3N4复合材料的电催化氧还原性能Tab.1㊀Electrocatalytic oxygen reduction performance of non-precious metal/g-C3N4composite电催化剂半波电位/(V vs.RHE)Tafel斜率/(mV/dec)稳定性实验电解液/(mol/L)参考文献Fe-g-C3N40.8873半波电位损失6mv(12h)0.1KOH[63] C3N4/Ti3C20.79 无明显衰减(40000s)0.1KOH[67] Cu-g-C3N40.7979.7半波电位损失12mV(12h)0.1KOH[20] Co-C3N4/CNT0.8552.8半波电位损失10mv(3000cycles)0.1KOH[56] Co-C3N4/C0.82 无明显衰减(3000cycles)0.1KOH[74] Co3O4-C3N4/rGO0.8187.2电流密度保持率为94.71%(20000s)0.1KOH[75] Co3O4@C3N4/NG0.8482.1电流密度保持率为97.6%(12000s)0.1KOH[69]表2㊀非贵金属/g-C3N4复合材料的电催化析氢性能Tab.2㊀Electrocatalytic hydrogen evolution performance of non-precious metal/g-C3N4composite电催化剂过电位/(mV@10mA/cm2vs.RHE)Tafel斜率/(mV/dec)稳定性实验电解液/(mol/L)参考文献Co-SCN/RGO15094电势保持稳定(20h) 1.0KOH[76] Ni/g-C3N4222128电势保持稳定(12h)0.5H2SO4[77] CNQDs@G11053电流密度保持稳定(10h)0.5H2SO4[72] PCN@N-graphene8549.1 0.5H2SO4[71] C3N4@MoN11057.8电流密度保持稳定(1000cycles) 1.0KOH[78] Cu-C3N439076电流密度保持稳定(43h)0.5H2SO4[79] MoS2/g-C3N428063 0.5H2SO4[80] Cu2O/g-C3N414855 1.0NaOH[81]表3㊀非贵金属/g-C3N4复合材料的电催化氮还原性能Tab.3㊀Electrocatalytic nitrogen reduction performance of non-precious metal/g-C3N4composite电催化剂NH3产率/(μg㊃h-1㊃mg-1)法拉第效率最佳电位(V vs.RHE)电解液/(mol/L)参考文献MoS2/g-C3N418.517.8%-0.30.1HCl[68]MoS2/g-C3N419.86 6.87%-0.50.1Na2SO4[83]S-NV-C3N432.714.1%-0.40.5LiClO4[73]W@g-C3N4 -0.35 [66]CNT@C3N4-Fe&Cu9.8634%-0.8 [82] . All Rights Reserved.476㊀燕山大学学报20211.3.1㊀过渡金属/g-C3N4复合材料电催化还原反应研究进展㊀㊀在非贵金属中,过渡金属成本低廉,且具有良好的催化活性和稳定性,成为最有希望的贵金属替代品之一[62],引起了科研人员极大的研究兴趣㊂Subhajit Sarkar等人[63]通过简便的一步热聚合法制备了Fe掺杂的g-C3N4(Fe-g-C3N4)㊂由XPS (图4(a))确定了其存在大量的Fe-N x活性位点,因此该催化剂表现出比Pt/C更正的起始电位和半波电位(图4(b)),具有优良的ORR性能㊂ORR反应有四电子途径(式(3))和二电子途径(式(4)~(5))两种:O2+2H2O+4e-ң4OH-(3)O2+H2O+2e-ңHO-2+OH-(4)HO-2+H2O+2e-ң3OH-(5)二电子途径会生成具有腐蚀性的H2O2,缩短电池寿命㊂四电子途径为迅速㊁高效的一步反应过程,被视为理想的反应途径[64]㊂该团队研究了在Fe-N x活性位点上的ORR反应机理(图4(c)),表明了反应中四电子的转移过程㊂电催化氮还原反应(NRR)作为一种绿色环保㊁能耗低并且具有可持续性的合成氨方法,吸引了越来越多的关注㊂一般认为,NRR有3种主要的反应途径:解离过程㊁缔合远端反应过程㊁缔合交替反应过程[65]㊂在解离过程中,N2分子吸附后与催化材料表面两个活性位点结合,NʉN键完全断裂,之后两个氮原子分别加氢生成NH3分子;在缔合远端反应过程中,N2分子吸附后与催化材料表面一个活性位点结合,NʉN键不完全断裂,远离催化材料表面活性位点的N原子先加氢生成一个NH3分子,剩下的N原子再加氢生成一个NH3分子;交替反应过程是指两个氮原子交替加氢生成两个NH3分子㊂Chen Zhe等人[66]通过DFT计算,评估了负载在g-C3N4上一系列过渡金属元素对氮还原反应(NRR)的催化活性,其中W@g-C3N4可以很好地抑制竞争性的析氢反应,表现出最佳的NRR活性,极限电位为-0.35V(vs.RHE)㊂图4㊀Fe-g-C3N4催化剂的N1s高分辨XPS光谱㊁LSV曲线及在碱性介质中的ORR反应机理Fig.4㊀High-resolution core-level N1s XPS spectra,LSV curves and ORR mechanism in an alkalinemedium of Fe-g-C3N4catalyst㊀㊀此外,过渡金属碳化物㊁硫化物㊁氧化物与g-. All Rights Reserved.第6期黄㊀浩等㊀g-C3N4及其复合材料电催化还原反应的研究进展477㊀C3N4复合材料也表现出优良的电催化还原性能㊂Yu Xuelian等人[67]通过界面静电相互作用,制备了g-C3N4/Ti3C2电催化剂㊂层状g-C3N4不仅可以充当Ti3C2纳米颗粒生长的基质,还有利于提高Ti3C2纳米颗粒的分散性,防止聚集;且由于g-C3N4与Ti3C2之间的电子耦合效应,增强了氧吸附性能和电荷分离,该催化剂表现出优良的ORR 性能㊂Chu Ke等人[68]将MoS2与g-C3N4复合到一起,制备了具有2D/2D MoS2/g-C3N4异质结构的复合材料㊂密度泛函理论计算表明,两种二维(2D)材料之间具有界面耦合相互作用㊂从g-C3N4到MoS2的界面电荷传输可以促进Mo边缘位点上关键中间体的稳定化(∗N2H),同时降低反应能垒,显著改善NRR性能,NH3产量为18.5μg㊃h-1㊃mg-1,在-0.3V(vs.RHE)时法拉第效率为17.8%㊂Wang Yanqiu等人[69]通过煅烧-水热法,将g-C3N4包裹的Co3O4纳米颗粒负载在N掺杂石墨烯上(Co3O4@g-C3N4/NG)㊂g-C3N4可以保护Co3O4活性位点,从而提高稳定性,而NG充当锚定Co3O4@g-C3N4的导电基质,提高导电性㊂该催化剂在碱性溶液中表现出出色的ORR 活性,半波电位为0.846V(vs.RHE),并且具有优良的稳定性㊂1.3.2㊀非金属/g-C3N4复合材料电催化还原反应研究进展㊀㊀在过渡金属/g-C3N4电催化剂受到广泛关注的同时,非金属催化剂作为贵金属替代品之一,也表现出出色的电催化还原反应性能,展现出巨大的发展潜力㊂石墨烯作为一种具有代表性的非金属材料之一,因电子迁移率高㊁比表面积大等优点,在很多领域都表现出巨大的应用前景[70]㊂石墨烯/g-C3N4复合材料也被应用于电催化还原反应领域㊂2015年,Duan Jingjing等人[71]通过真空过滤法,将二维多孔g-C3N4纳米层与氮掺杂石墨烯集成在一起,形成了三维杂化膜(PCN@N-graphene)㊂这种三维异质结构有利于催化活性中心的暴露,具有高孔隙率和强大的机械灵活性,在酸性环境中表现出良好的HER性能和优异的耐久性㊂Zhong Haixia等人[72]将g-C3N4量子点均匀分散在石墨烯上(CNQDs@G)㊂g-C3N4的量子化可以提高电荷转移能力㊁增加活性位点,且该催化剂具有双协同效应:第一是分子内边缘位点与分子筛结构之间的协同效应;第二是g-C3N4量子点(CNQDs)与石墨烯(G)之间的协同效应㊂因此CNQDs@G表现出可与许多金属催化剂相媲美的HER活性㊂Chu Ke等人[73]在通过S掺杂剂填充g-C3N4中氮空位(NVs),制备了一种无金属的NRR催化剂(S-NV-g-C3N4)㊂密度泛函理论计算表明,填充S的催化剂可以打破比例关系,改善对NRR中间体的吸附作用,降低能垒㊂其中S含量为5.2%(原子分数)的S-NV-g-C3N4表现出最佳的NRR活性,NH3产量为32.7μg㊃h-1㊃mg-1,在-0.4V(vs.RHE)时法拉第效率为14.1%,大大优于原始的g-C3N4和含NV的g-C3N4㊂2㊀结论与展望g-C3N4具有独特的电子结构和优异的化学稳定性,在电催化领域表现出极大的发展潜力㊂本文综述了不同形貌g-C3N4以及各类g-C3N4基复合材料电催化剂的研究现状㊂为了进一步激发g-C3N4基电催化剂的催化活性,后续工作可以从以下几个方面开展:1)与MOFs材料复合㊂金属-有机框架(MOFs)是一种金属离子和有机配体配位形成的多孔晶体材料㊂与传统多孔材料相比,MOFs材料具有更大的比表面积和更强的吸附能力,在电催化领域有非常广阔的应用前景,但目前对于MOFs 与g-C3N4复合材料的研究还很少,后续可以围绕此点开展工作㊂2)利用第一性原理或密度泛函理论等手段,探究g-C3N4基复合材料电催化反应的机理,深入研究与其他材料复合后对g-C3N4电子结构的影响,挖掘电催化性能得到增强的深层原因,为后续实验提供理论指导㊂3)与稀土金属氧化物复合㊂目前对于g-C3N4基复合材料电催化剂的研究,主要是与贵金属㊁过渡金属㊁非金属碳材料的复合,还未见到与稀土金属氧化物复合的相关报道㊂稀土金属氧化物可以调节电子结构和氧空位浓度,具有良好的储氧和释放氧能力,因此,制备g-C3N4/稀土金属氧化物复合材料是提升氧电催化性能的有效方法之一㊂. All Rights Reserved.478㊀燕山大学学报2021目前,石墨相氮化碳的主要应用仍以光催化居多,但是相信随着制备技术的不断发展与科研人员的不懈探索,g-C3N4在电催化还原领域会有更大的发挥空间㊂参考文献1李娇娇王风彦马志鹏等.超薄MoS2纳米片改性隔膜用于锂硫电池的研究 J .燕山大学学报2019 43 6 518-524. LI J J WANG F Y MA Z P et al.Research on ultrathin MoS2 nanosheets modified separator for lithium-sulfur batteries J . Journal of Yanshan University 2019 43 6 518-524.2LV L P DU P LIU P et al.Integrating mixed metallic selenides/ nitrogen-doped carbon heterostructures in one-dimensional carbon fibers for efficient oxygen reduction electrocatalysis J .ACS Sustainable Chemistry&Engineering 2020 8 22 8391-8401. 3HUANG L JIANG J AI L H.Interlayer expansion of layered cobalt hydroxide nanobelts to highly improve oxygen evolution electrocatalysis J .ACS Applied Materials&Interfaces 2017 9 8 7059-7067.4DU K Z ZHENG L R WANG T Y et al.Electrodeposited Mo3S13 films from NH42Mo3S13㊃2H2O for electrocatalysis of hydrogen evolution reaction J .ACS Applied Materials&Interfaces 2017 9 22 18675-18681.5乔玉卿崔海莹朱建国等.LiFePO4/石墨烯纳米复合材料的制备与化学性能研究 J .燕山大学学报2016 402 171-176.QIAO Y Q CUI H Y ZHU J G et al.Preparation of LiFePO4/ graphene nano composite materials for lithium-ion battery J . Journal of Yanshan University 2016 40 2 171-176.6PI Y C QI S ZHU X et al.Dynamic structure evolution of composition segregated iridium-nickel rhombic dodecahedra toward efficient oxygen evolution electrocatalysis J .ACS Nano 2018 12 7 7371-7379.7杨剑宋昭远徐璟升等.Mo掺杂PrBaCo2O5+δ固体氧化物燃料电池阴极材料的性能研究 J .燕山大学学报2020 445 465-470.YANG J SONG Z Y XU J S et al.Performance of Mo-doped PrBaCo2O5+δsolid oxide fuel cell cathode material J .Journal of Yanshan University 2020 44 5 465-470.8孙薇.氧还原和氧析出电催化剂的制备及性能研究 D .哈尔滨哈尔滨工业大学2019.SUN Wei.Preparation and properties of oxygen reduction and oxygen evolution electrocatalysts D .Harbin Harbin Institute of Technology 2019.9LI N AI L H JIANG J et al.Spinel-type oxygen-incorporated Ni3+ self-doped Ni3S4ultrathin nanosheets for highly efficient and stable oxygen evolution electrocatalysis J .Journal of Colloid and Interface Science 2020 564 418-427. 10GAO J K CONG J K WU Y H et al.Bimetallic hofmann-type metal-organic framework nanoparticles for efficient electrocatalysis of oxygen evolution reaction J .ACS Applied Energy Materials 2018 1 5140-5144.11张健党岱姬文晋等.非铂燃料电池电催化剂研究进展 J .化工进展2019 38 7 3153-3162.ZHANG J DANG D JI W J et al.Research progress in non-platinum fuel cells electrocatalysts J .Chemical Industry and Engineering Progress 2019 38 7 3153-3162.12郝佳瑜刘易斯李文章等.形貌可控的铂类贵金属氧还原电催化剂研究进展 J .材料导报2019 33 1 130-137. HAO J Y LIU Y S LI W Z et al.Recent advances on shape-controlled Pt-based noble-metal electrocatalysts for oxygen reduction reaction J .Materials Review 2019 33 1 130-137. 13沈雯.贵金属电催化剂的设计㊁制备及其性质 D .苏州苏州大学2019.SHEN W.Design fabrication and properties of noble metal-based electrocatalysts D .Suzhou Soochow University 2019.14宋国涛.非贵金属基纳米材料的制备及其在电催化中的应用 D .青岛青岛大学2019.SONG G T.Preparation of non-noble metal-based nanomaterials and their application in electrocatalysis D .Qingdao Qingdao University 2019.15XING X L LIU R J ANJASS M et al.Bimetallic manganese-vanadium functionalized N S-doped carbon nanotubes as efficient oxygen evolution and oxygen reduction electrocatalysts J . Applied Catalysis B Environmental 2020 277 119195-119202. 16ZHAN K FENG C H FENG X T et al.Iron-doped nickel cobalt phosphide nanoarrays with urchin-like structures as high-performance electrocatalysts for oxygen evolution reaction J . ACS Sustainable Chemistry&Engineering 2020 816 6273-6281.17ZHAO T W WANG Y CHEN X J et al.Vertical growth of porous perovskite nanoarrays on nickel foam for efficient oxygen evolution reaction J .ACS Sustainable Chemistry&Engineering 2020 812 4863-4870.18NIU Y L TENG X WANG J Y et al.Space-confined strategy to Fe7C3nanoparticles wrapped in porous Fe-/N-doped carbon nanosheets for efficient oxygen electrocatalysis J .ACS Sustainable Chemistry&Engineering 2019 715 13576-13583.19李郭英.g-C3N4基复合材料的制备及其可见光催化性能 D .南宁广西大学2019.LI G Y.Preparation of g-C3N4matrix composites and their visible light photocatalytic properties D .Nanning Guangxi University 2019.20SARKAR S SUMUKH S S ROY K et al.Facile one step synthesis of Cu-g-C3N4electrocatalyst realized oxygen reduction reaction with excellent methanol crossover impact and durability. All Rights Reserved.第6期黄㊀浩等㊀g-C 3N 4及其复合材料电催化还原反应的研究进展479㊀ J .Journal of Colloid and Interface Science 2020 558182-189.21 TONDA S KUMAR S BHARDWAJ M et al.g-CN /NiAl-LDH2D /2D hybrid heterojunction for high-performance photocatalyticreduction of CO 2into renewable fuels J .ACS Applied Materials &Interfaces 2018 10 3 2667-2708.22 吕慧茹.基于g-C 3N 4纳米复合材料的制备与性能研究 D .杭州 浙江理工大学 2017.LÜH R.Studies on synthesis characterization and properties of g-C 3N 4based nanocomposites D .Hangzhou Zhejiang Sci-TechUniversity 2017.23 LIU G NIU P SUN C H et al.Unique electronic structureinduced high photoreactivity of sulfur-doped graphitic C 3N 4 J .Journal oftheAmericanChemicalSociety 2010 13211642-11648.24 CHEN L ZHU D Y LI J T et al.Sulfur and potassium co-dopedgraphitic carbon nitride for highly enhanced photocatalytic hydrogen evolution J .Applied Catalysis B Environmental2020 273 119050-119058. 25 ABOUBAKR A E EIROUBY W M KHAN M D et al.ZnCr-CO 3LDH /ruptured tubular g-C 3N 4composite with increased specific surface area for enhanced photoelectrochemical water splittingJ .Applied Surface Science 2020 508 145100-145110.26 ÖZDOKUR K V IRAK B B EDEN C et al.Facile synthesis andenhanced photo-electrocatalytic performance of TiO 2nanotube /g-C 3N 4composite catalyst by a novel synthesis approach J .Optik 2020 206 164262-164274.27 WANG Y G LI Y G BAI X et al.Facile synthesis of Y-dopedgraphitic carbon nitride with enhanced photocatalytic performance J .Catalysis Communications 2016 84 179-182.28 FINA F CALLRAR S K CARINS G M et al.Structuralinvestigation of graphitic carbon nitride via XRD and neutrondiffraction J .Chemistry of Materials 2015 27 7 2612-2618.29 侯可禹.片状g-C 3N 4及特殊形貌Cu 2O 基复合材料制备及电化学研究 D .福州 福州大学 2015.HOU K Y.Preparation and electrochemical investigation for g-C 3N 4nanosheet composite and Cu 2O special morphologicalcomposite D .Fuzhou Fuzhou University 2015.30 杭梦婷 成杨 宋晓晴 等.石墨相氮化碳 g-C 3N 4 的制备及其在单原子电催化中的应用研究进展 J .化学世界 2019 60 4 193-198.HANG M T CHENG Y SONG X Q et al.Preparation of g-C 3N 4and application in single-atom electrocatalysis J .Chemical World 2019 60 4 193-198.31 李荣荣 王锐 宫红 等.高比表面积g-C 3N 4的制备及其改性研究进展 J .化工新型材料 2017 45 1 35-37.LI R R WANG R GONG H et al.Research progress on thepreparation and modification of high-surface-area graphitic carbonnitride J .New Chemical Materials 2017 45 1 35-37.32 TETER D M HEMLEY R J.Low-compressibility carbon nitrides J .Science 1996 271 53-55.33 陈婷婷.g-C 3N 4和其复合材料的制备及其性能研究 D .哈尔滨 哈尔滨工程大学 2017.CHEN T T.Preparation and properties of g-C 3N 4and itscomposites D .Harbin Harbin Engineering University 2017.34 ZHAO Y ZHANG J QU L T.Graphitic carbon nitride /graphenehybrids as new active materials for energy conversion and storage J .Chem Nano Mat 2015 1 5 298-318.35 KROKE E SCHWARZ M HORATH-BORDON E et al.Tri-s-triazine derivatives.part I.from trichloro-tri-s-triazine to graphiticC 3N 4structures J .New Journal of Chemistry 2002 26 5508-512.36 ZHENG Y LIN L H WANG B et al.Graphitic carbon nitridepolymers toward sustainable photoredox catalysis J .AngewandteChemie International Edition 2015 54 12868-12884.37 郭琦.g-C 3N 4基复合材料作为氧电极催化剂的研究与应用D .合肥 合肥工业大学 2019.GUO Q.Research and application of the g-C 3N 4-basedcomposites as oxygen electrode catalyst D .Hefei Hefei University of Technology 2019.38 PENG B LU Y LUO J et al.Visible light-activated self-poweredphotoelectrochemical aptasensor for ultrasensitive chloramphenicol detection based on DFT-proved Z-scheme Ag 2CrO 4/g-C 3N 4/graphene oxide J .Journal of Hazardous Materials 2021 401123395-123403.39 ZHAN T R TAN Z W WANG X J et al.Hemoglobin immobilizedin g-C 3N 4nanoparticle decorated 3D graphene-LDH networkDirect electrochemistry and electrocatalysis to trichloroacetic acid J .Sensors and Actuators B Chemical 2018 255 149-158.40 BUTT F K HAUENSTEIN P KOSIAHN M et al.An innovativemicrowave-assisted method for the synthesis of mesoporous two-dimensional g-C 3N 4 a revisited insight into a potential electrodematerial for supercapacitors J .Microporous and Mesoporous Materials 2020 294 109853-109860.41 SONG T ZHANG P Y WANG T T et al.Alkali-assistedfabrication of holey carbon nitride nanosheet with tunable conjugated system for efficient visible-light-driven water splitting J .Applied Catalysis B Environmental 2018 224 877-885.42 SULIMAN M A SULIMAN M H ADAM A et al.Interfacialcoupling of amorphous cobalt boride with g-C 3N 4nanosheets for superior oxygen evolution reaction J .Materials Letters 2020268 127593-157596.43 LIN B XUE C YAN X Q et al.Facile fabrication of novel SiO 2/g-C 3N 4core-shell nanosphere photocatalysts with enhanced visible light activity J .Applied Surface Science 2015 357346-355.44 ZHAO Z L WANG X L SHU Z et al.Facile preparation ofhollow-nanosphere based mesoporous g-C 3N 4for highly enhanced. All Rights Reserved.。
紧跟研究热点，一大波顶刊g-C3N4光催化优质工作来袭
紧跟研究热点，一大波顶刊g-C3N4光催化优质工作来袭在众多光催化剂中，具有独特结构的石墨相氮化碳g-C3N4由于其良好的光催化性能，成为了目前研究的热点。
相比于其他的光催化剂，它的优点十分突出：能够吸收可见光、热稳定性和化学稳定性良好，并且无毒、来源丰富、制备成型工艺也简单。
我们特地为大家整理了24篇g-C3N4光催化优质工作，点击小标题可以直接跳转资讯详情。
1. 碳点/氮化碳实现析氢-降解双同步Adv.Funct. Mater.-清华大学李景虹教授和刘会娟教授通过超声空蚀效应设计了均匀“局部加热”方法，用以在2D C3N4纳米片中嵌入高度结晶的碳量子点（CQD）。
基于密度泛函理论计算和电化学测试，研究人员发现在C3N4中引入CQDs不仅可以拓展光吸收谱区段，而且还可以减小电子的有效质量（e-），从而降低与空穴复合的几率，促进光生载流子转移。
此外，高度有序的CQDs 具有优异的过氧化物酶模拟活性，能够逐步通过以下过程提高催化产氢效率：（i）2H2O → H2O2 + H2；（ii）H2O2→ 2·OH；（iii）·OH + 双酚A →最终产物，其产氢率可达152 μmol g-1h-1，为纯C3N4的数倍之高。
2. 石墨炔助力g-C3N4提高其空穴迁移率Adv. Energy Mater.-天津理工大学卢秀利和鲁统部首次报道了一种简单的超薄二维g-C3N4/graphdiyne——石墨炔（GDY）异质结构建方法，通过在N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶液中发生溶剂热反应，成功将2D g-C3N4负载在2D GDY的3D纳米片阵列上，并将其用作光电阴极，成功提高了g-C3N4的空穴传输速率。
合成的g-C3N4/GDY异质结为光生空穴提供了丰富的传输通道，由于GDY具备较高的空穴迁移率，从g-C3N4注入到GDY中的光生空穴在其内部快速转移，从而在0.1 M Na2SO4溶液中0 V vs. NHE偏压下，具有-98 μA cm-2的优异光电流，比单纯的 g-C3N4光电阴极（相同条件下，-32 μA cm-2）高出三倍。
g-C3N4基纳米复合材料在光催化领域的研究进展
g-C3N4基纳米复合材料在光催化领域的研究进展作者：王丽敏吕芳莹宋常超来源：《赤峰学院学报·自然科学版》2020年第10期摘要：g-C3N4是一种新型环保且又廉价易得的非金属半导体材料，被广泛应用于降解环境介质污染物和生产可再生清洁能源等领域。
本文介绍了g-C3N4基纳米复合材料的制备及其在光催化领域的应用，包括光催化降解污染物、光催化制氢、光催化还原CO2等。
大量的研究表明，为进一步扩大g-C3N4复合光催化材料应用，研究者们采用调控形貌、元素掺杂、与其他半导体复合、贵金属沉积、多孔化等多种方法对g-C3N4进行了改性，使得光催化性能有所升高。
关键词：g-C3N4;光催化;降解;产氢;CO2还原中图分类号：O643.36 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2020）10-0008-061 引言随着社会的不断进步和经济的快速发展，解决化石燃料导致的环境污染和能源短缺问题迫在眉睫[1]。
为了实现社会可持续发展，研究者们不断探索绿色、环保、高效的新兴技术。
光催化技术是光能驱动的反应过程，利用催化剂使丰富的太阳能转化为化学能，具有绿色友好、成本低等特点，被认为是最有前途的技术之一。
高效、低成本和易于制备的光催化剂是光催化研究的重中之重，在过去的数十年内，光催化剂多基于金属氧化物、金属硫化物及氧化物的聚合半導体等。
这些半导体在表现出良好性能的同时也对环境造成了污染，且价格较贵[2-4]。
石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种二维层状结构的无金属聚合物型半导体，由丰度高的元素组成，层与层之间以范德华力相结合。
因其具有良好的可见光响应性质、高的热和化学稳定性、结构形态易调控、无毒、容易制备、廉价易得等众多优势，自2009年首次[5]发现它应用在可见光照下分解水产氢气和氧气以来，引起研究者的广泛关注。
但是，g-C3N4与其他传统光催化剂（金属氧化物、金属硫化物）一样，具有光生电子-空穴复合率高、可见光吸收范围窄等缺点。
g-C3N4在能源和环境治理方面的应用
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g-C3N4光催化剂研究进展
g-C3N4光催化剂研究进展田海锋;宋立民【摘要】The g-C3N4 is used as a visible light response photocatalyst due to its special optical properties. The recent research progress in promoting the activity of g-C3N4 is summarized, in which the main methods are emphatically described including morphology, ion-doping, coupled semiconductors, precious metal deposition, and its application as a photocatalyst is introduced.%类石墨相氮化碳g-C3N4由于其特殊的光学特性而被用作可见光响应的光催化剂,本文介绍了g-C3N4的形貌、非金属掺杂、金属掺杂、半导体复合、贵金属沉积等改性研究方面的动态和主要成果,并介绍了其作为光催化剂方面的应用.【期刊名称】《天津工业大学学报》【年(卷),期】2012(031)006【总页数】5页(P55-59)【关键词】g-C3N4;半导体;可见光;光催化剂【作者】田海锋;宋立民【作者单位】天津工业大学环境与化学工程学院,天津300387;天津工业大学环境与化学工程学院,天津300387【正文语种】中文【中图分类】TQ426自1989年加州大学的Liu和Cohen[1]从理论上提出β-C3N4共价晶体以来，碳氮化合物因在光学、力学等方面有着优异的性能而受到各国科学家的关注.1996年，华盛顿卡内基研究所的Teter和Hemley[2]采用共轭梯度法对C3N4重新进行了计算，认为C3N4可能具有5种结构，即α相、β相、立方相、准立方相和类石墨相.其中类石墨相氮化碳g-C3N4是室温下最稳定的相，具有无毒和可见光响应（半导体带隙2.7 eV）等性质，使其在催化领域具有很广阔的应用前景.g-C3N4以其光催化活性高、稳定性好、原料价格便宜、尤其是不含金属这一突出优点，使它成为一种新型的光催化剂，特别是在光还原水制取领域有重大的研究价值.在改性研究方面，大多数的无机化合物和无机金属离子能够结合或者插入到g-C3N4基质中，能够有效地微调g-C3N4的结构和提高反应活性[3].研究还发现，通过对g-C3N4的改性，可拓展其可见光的响应范围，抑制g-C3N4的光生电子和空穴的复合，提高g-C3N4的光催化活性，这对g-C3N4的工业化应用有着重要意义.制备g-C3N4的方法有气相沉积法[4-5]、溶剂热法[6-7]、电化学沉积法[8-10]、高温高压法[11-12]等，其中气相沉积法操作廉价、易得.由于具有高硬度、高稳定性等特性，g-C3N4还被认为最有可能取代碳在材料方面的应用[13].本文简要介绍g-C3N4的各种改性研究和其在光催化氧化还原方面的应用.1 形貌对g-C3N4的影响普通粉末g-C3N4的量子效率比较低，但是纳米尺寸的g-C3N4可获得较高的催化活性.在纳米g-C3N4中光生电子和空穴从相体内扩散到表面的时间随着粒径的减小而减小，这样就降低了电子空穴复合几率；同时g-C3N4粒径减小使比表面积增大，有利于目标物与g-C3N4更多的接触，更加适合于实际中催化剂的应用；当然大表面也意味着电子和空穴表面复合的机会增加.溶剂热法可以调控g-C3N4的形貌.2006年，山东大学陆希峰等[14]利用恒压苯热液合成方法，以C3N3Cl3和NaN3为原料，以Zn为催化剂，在40 MPa和220℃的温和条件下制备了C3N4纳米线，从TEM图片可以看到存在大量的直径为10～30 nm、长度为60～480 nm的氮化碳纳米线.2011年，北京理工大学曹传宝等[15]以三聚氰胺和CCl4为原料，以球状硅胶为模板，合成了扁球状的g-C3N4，其尺寸在100 nm左右.硬模板法由于更容易调控材料的形貌而更受欢迎.2008年，福州大学王新成等[16]以12 nm的硅溶胶为模板，以氰胺为原材料，合成了介孔g-C3N4/r（1.5、3.75、7.5、12.25 g 硅溶胶对应的 r=0.2、0.5、1、1.5），即mpg-C3N4/r.用mpg-C3N4/r做还原水制H2的实验，100 mL的水中含体积分数为10%的三乙醇胺作为牺牲剂，在波长大于420 nm的可见光照射下，未修饰的mpg-C3N4/0.5放出H2的速度为0.2 μmol/h，而光沉积法合成Pt质量分数为3%的Pt-mpg-C3N4/0.5还原水放出H2的速率达到142 μmol/h.2009年，福州大学陈秀芳等[17]以SBA-15为模板合成了孔径规整的mpg-C3N4，孔径为5.3 nm，即ompg-C3N4.用光沉积Pt4+生成Pt的方法合成Pt-ompg-C3N4进行还原水制H2实验，发现Pt质量分数为3%的Pt-ompg-C3N4放出H2的速率为85μmol/h，重复4次实验后放出H2的速率无明显下降；而与块状g-C3N4相比，Pt质量分数为3%的Pt-ompg-C3N4放出H2的量是块状g-C3N4的5倍，说明了以Pt沉积ompg-C3N4是优秀的制备H2的催化剂；Pt质量分数为3%的Pt-ompg-C3N4将还原水放出H2的波长扩展到590 nm.2011年，德国马普胶体与界面研究所Li等[18]以阳极氧化铝（AAO）为模板，以氰胺为原材料合成了平均直径为260 nm的g-C3N4纳米管，即为Rs还原水放出H2的量比块状的g-C3N4有所提高，当质量分数为3%的Pt沉积到CNRs和块状g-C3N4时，在波长大于420 nm的可见光照射下，CNRs还原水放出H2的速率为74μmol/h，而块状g-C3N4为28 μmol/h.2 非金属掺杂非金属元素的掺杂一直以来都是光催化改性研究中的热点.对于g-C3N4非金属元素掺杂，一般认为是3-s-三嗪结构单元的C、N、H元素被非金属元素所代替.通过研究g-C3N4的非金属元素掺杂，发现掺杂如 S、N、C、B、P、F等元素可以成功提高其光催化的能力.由于晶体只有在近似绝对零度下才是完美的，所以每一晶体都有不同程度的晶格缺陷，当其他物质掺入g-C3N4晶体时，g-C3N4的晶格缺陷就可能被置换，置换后的缺陷可使电子-空穴有效分离并抑制其复合，从而使催化剂性能得到提高.2009年，南京大学李朝升等[19]以三聚氰胺和B2O3为原料合成了B掺杂的g-C3N4，XPS分析存在C-NB和C-NB2的特征峰，得出B元素取代了3-s-三嗪结构单元上的H元素;用B-g-C3N4做降解染料的实验，580℃合成的B-g-C3N4用量0.2 g降解100 mL质量浓度为4 mg/L的罗丹明B溶液需要40 min，而g-C3N4则需要60 min.2010年，浙江大学王勇等 [20]以BH3NH3和双氰胺合成了B掺杂的g-C3N4，B原子取代了g-C3N4的C原子，记为CNBx（x表示每3g双氰胺中含的BH3NH3的量，x=0.01、0.025、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25 g）.g-C3N4和 CNB0.15对甲苯及其衍生物有高的选择氧化性并生成相应的醛或者酮，在氧化甲苯时，在氧化剂H2O2（30%，7.7 mL）存在下，以乙腈为反应溶剂，在150℃下反应2 h，50 mg的CNB0.15对甲苯的产率为6.3%，选择性达到99%；而g-C3N4对甲苯的产率为2%，选择性达到99%；当H2O2与甲苯的摩尔比达到5时，CNB0.15对甲苯的产率为12.4%，选择性达到99%.2010年，日本国立材料研究所Zhang等[21]以双氰胺和离子液体BmimPF6为原材料合成了P-g-C3N4，从其XPS分析可知存在133.5 eV的峰，为典型的PN键的峰，并且其中不存在P-C的特殊峰，说明C元素被P元素所取代.由于P元素的掺杂含量较少，P-g-C3N4保持较完整的g-C3N4结构，但明显改变了g-C3N4的电子结构，使得其在暗处的电导率提高了4个数量级，并且光电流的产生提高了5倍，这对于光催化剂g-C3N4应用的推广有重要的意义.2010年，沈阳中科院刘刚等[22]在H2S氛围下，450℃下将g-C3N4合成了S掺杂的g-C3N4，记为C3N4-xSx，掺杂的S元素取代了N元素.在质量分数为3%的Pt沉积下，C3N4-xSx在波长大于300 nm和大于420 nm的光照射下还原水放出H2的速率分别是g-C3N4的7.2倍和8.0倍，放出H2的速率分别达到122 μmol/h和69 μmol/h.C3N4-xSx在可见光照射下能降解苯酚，100 mg的C3N4-xSx在波长大于300 nm的光照射下降解100 mL30 mg/L的苯酚只要150 min，而g-C3N4在波长大于300 nm的光照射下不能降解苯酚.3 金属元素的掺杂g-C3N4金属离子掺杂一般是把过渡元素中的具有不饱和外层电子的金属离子作为电子的有效受体，可以捕获导带中的电子，这样可以减少g-C3N4光生电子和空穴的复合几率.加入掺杂离子也可以形成掺杂能级，减少禁带宽度.过渡元素金属存在多个化合价，在半导体中掺杂不同价态的金属离子后，半导体的催化性质发生改变，不仅可能加强半导体的光催化作用，而且还可能将半导体的吸收波长范围扩大.2009年，福州大学王新成等[23]以双氰胺和FeCl3为原料合成了Fe/g-C3N4，Fe/g-C3N4中含了单质铁、铁的氧化物、铁的氮化物、铁的氯化物、铁的碳化物等，总含铁化合物可达到50%，说明含铁化合物与g-C3N4是化学协调的，没有破坏g-C3N4的结构.并且进行多次降解10 μmol/L罗丹明B的实验，在波长大于420 nm的光照射下40 mg的Fe/g-C3N4降解80 mL的罗丹明B溶液，7.5 h降解完全，并可以重复5次.2009年，福州大学陈秀芳等[24]以双氰胺和FeCl3为原料在SBA-15为模板剂的条件下合成了Fe-g-C3N4/SBA-15，成功地将吸光波长扩展到650 nm，然后进行氧化苯生成苯酚的实验，在H2O2存在下，Fe-g-C3N4/SBA-15催化苯生成苯酚反应4 h的产率为11.9%.4 半导体的复合g-C3N4的半导体复合本质上是另一种颗粒对g-C3N4的修饰.利用不同能级半导体的复合使光生载流子由一种半导体的能级注入到另一种半导体的能级上，导致长期有效的电子-空穴分离，抑制电子与空穴的复合，提高光电转化效率，扩展g-C3N4的光谱响应范围，从而增加光反应产物和光催化效率.自从TiO2电极上光电解水被发现后，TiO2一直作为光催化剂中的热点，用其它材料与TiO2形成复合半导体是一种有效提升TiO2光催化性能的方法.2009年，山东大学陆希峰等[25]以钛酸丁酯和g-C3N4为前驱物制得g-C3N4/TiO2，使用带有420 nm滤光片的500 WXe灯作为可见光源，用0.15 g催化剂降解初始质量浓度为10 mg/L的罗丹明B，光照时间300 min，对染料降解率达到87%.2010年，四川大学杨洪江等 [26]以TiO2和g-C3N4为前驱物制备了TiO2-g-C3N4，然后进行了可见光分解水的实验，结果表明:在g-C3N4的质量分数为50%时还原水放出H2的速度最快；随着g-C3N4含量的增加，复合半导体的波长从起始的369 nm升至453 nm.复合半导体更好的光催化活性是由于光生电子和空穴的有效分离所致.2011年，德国马普胶体与界面研究所Li等[27]合成了石墨烯薄膜/g-C3N4，由于石墨烯薄膜的层间结构与g-C3N4的相似，并且石墨烯非常坚固牢靠，在室温下传递电子的速度比导体都快，因此石墨烯薄膜可作为电子的给体来修饰g-C3N4.石墨烯薄膜/g-C3N4具有优秀的选择氧化亚甲基为酮的能力，氧化环己烷生成环己酮的收率为12%，选择性为94%；氧化苯乙烷生成苯乙酮的收率为12%，选择性达99%.5 贵金属沉积贵金属在g-C3N4表面上的沉积是形成纳米级的原子簇，它通过改变体系中电子的分布实现对半导体的修饰.由于g-C3N4和贵金属的费米能级的不同，使用费米能级比g-C3N4低的金属掺杂，当两者接触时，电子就会不断地从g-C3N4向沉积金属迁移，直至二者的能级相同.在两者接触之后形成的空间电荷层中，金属表面将获得多余的负电荷，而g-C3N4表面上的负电荷则完全消失，从而大大提高光生电子传输的速率.2008年，福州大学王新成等[28]首次采用单氰胺制备g-C3N4在可见光（波长大于420 nm）下分解水制H2.实验是在体积分数为10%的三乙醇胺存在的条件下进行的，未修饰的g-C3N4放出H2的速率是变动的从0.1 μmol/L到4.0μmol/L，通过少量的掺杂Pt能显著改变其放H2的能力，Pt质量分数为3.0%的Pt-g-C3N4的放 H2量为10.7 μmol/h，在 72 h内放出770 μmol.2008年，东京大学Maeda等[29]用光沉积的方法合成了 Pt、Pb、Rh、Ru 等贵金属沉积的 g-C3N4进行还原H2O制H2的实验.取贵金属沉积的g-C3N4催化剂粉末0.1 g放入100 mL的水中，水中含体积分数为10%的三乙醇胺作为牺牲剂，在波长大于420 nm的可见光照射下，Pt质量分数为0.5%的Pt-g-C3N4放H2速率为7.3 μmol/h，Pd质量分数0.5%的Pd-g-C3N4放H2的速率为5.3μmol/h；当Pt的来源不同时其催化性能也不同，Pt来源于[Pt（cod）2]的较来源于H2PtCl6的催化活性更好，这是由于[Pt（cod）2]能更好地接入到g-C3N4的表面，从而能更好地分布在g-C3N4的表面上.2010年，浙江大学王勇等[30]以硅溶胶HS40为模板，通过氰胺的自聚缩合合成了介孔g-C3N4，即mpg-C3N4，然后以沉积沉淀法合成了Pt-mpg-C3N4.用mpg-C3N4进行苯酚生成环己酮的实验，由于苯酚上的羟基易于和催化剂上的N 形成H键，苯酚上的羟基还可与Pt-mpg-C3N4相互作用，并且H2易于吸附在Pt-mpg-C3N4的表面，使得生成环己酮的选择性非常高.在H2分压为0.1 MPa、100℃下反应3 h，生成环己酮的收率>99%，选择性>99%；当温度变为65℃，反应2 h时，生成环己酮的收率>99%，选择性>99%.Pt-mpg-C3N4对其他苯酚的衍生物也有很高的选择性和收率，对邻甲基苯酚、间甲基苯酚、对甲基苯酚在100℃反应6 h，生成相应酮的收率>99%，选择性>99%.2011年，大连理工大学孟雅丽等[31]以二氰二胺为前驱体合成g-C3N4，通过不同方法将贵金属Ag离子掺杂到g-C3N4中，结果表明掺杂法制备的Ag-g-C3N4具有最好的催化活性，亚甲基蓝的降解率达58%，比g-C3N4样品提高了24%.6 结论综上所述，本文介绍了g-C3N4的改性进展，并重点介绍了其在光催化剂方面的应用.g-C3N4的相关研究进展迅速，期望在以下几方面能有更深入的研究: （1）g-C3N4作为非金属多相催化剂以来，在催化作用、电催化、光催化方面的研究成果稳步增加，g-C3N4及其改性在光催化合成、光催化氧化、光催化还原等方面有着实际应用的可能.与传统的多相催化剂相比，g-C3N4的优点为无金属、廉价、稳定，并且其电子结构可调.因此，需要更多的重视和系统性的研究. （2）g-C3N4半导体在催化方面的研究已经取得一定的成果，但是，现在仍然不清楚与反应物之间的相互作用，因此，需要建立g-C3N4的结构与相应反应活性的关系.（3）规则孔道结构的g-C3N4表现出更好的催化活性，制备多孔结构的g-C3N4是提升g-C3N4活性的有效方法.参考文献:【相关文献】[1]LIU A Y，COHEN M L.Prediction of new low compressibility solids[J].Science，1989，245:841-842.[2]TETER D M，HEMLEY R J.Low-compressibility carbon nitride[J].Science，1996，271:53-55.[3]WANG Y，WANG X C，ANTONIETTI M.Polymeric graphitic carbon nitride as a heterogeneous organocatalyst:From photochemistry to multipurpose catalysis to sustainable chemistry[J].Angew Chem Int Ed，2012，51:68-89.[4]NIU C M，LU Y Z，LIEBER C M.Experimental realization of the covalent solid carbon nitride[J].Science，1993，261:334-337.[5]GUO L P，CHEN Y，WANG E G.Identification of a new C-N phase with monoclinic structure[J].Phys Lett，1997，268:26-29.[6]LI C，YANG X G，YANG B，et al.Synthesis and characterization of nitrogen-rich graphitic carbon nitride[J].Chem and Phys，2007，103:427-432.[7]MONTIGAUDH，TANGUYB，DEMAZEAUG，etal.Solvothermal synthesis of the graphitic form of C3N4as 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MOFs在光催化降解废水中有机污染物方面的研究进展
MOFs在光催化降解废水中有机污染物方面的研究进展刘兴燕;熊成;徐永港;谭雨薇;冯欢;程亚玲;陈盛明;汪松【摘要】综述了近年来金属-有机骨架材料(MOFs)及其复合材料在光催化降解废水中的罗丹明B、亚甲基蓝等有机污染物方面的研究进展情况.指出了该材料在设计、合成等方面的相关策略,同时在光催化降解有机污染物方面表现出了优异的性能.最后提出了MOFs及其复合材料在光催化降解有机污染物方面的挑战和未来展望.%The progress of the research on photocatalytic decontamination of wastewater containing organic pollutants such as Rhodamine B, methylene blue based on the metal-organic frameworks (MOFs) and their derivatives was reviewed in recent years.It was pointed out that the related strategies in design and synthesis, and the excellent properties in photocatalytic degradation of organic pollutants.Finally, the challenges and outlooks for organic pollutants decomposition by MOFs and their derivatives were suggested.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2019(048)001【总页数】5页(P226-230)【关键词】金属-有机骨架材料;有机污染物;光催化降解;进展【作者】刘兴燕;熊成;徐永港;谭雨薇;冯欢;程亚玲;陈盛明;汪松【作者单位】重庆工商大学环境与资源学院催化与环境新材料重庆市重点实验室, 重庆 400067;重庆工商大学环境与资源学院催化与环境新材料重庆市重点实验室,重庆 400067;重庆工商大学环境与资源学院催化与环境新材料重庆市重点实验室, 重庆 400067;重庆工商大学环境与资源学院催化与环境新材料重庆市重点实验室, 重庆 400067;重庆工商大学环境与资源学院催化与环境新材料重庆市重点实验室, 重庆 400067;重庆工商大学环境与资源学院催化与环境新材料重庆市重点实验室, 重庆 400067;重庆工商大学环境与资源学院催化与环境新材料重庆市重点实验室, 重庆 400067;重庆工商大学环境与资源学院催化与环境新材料重庆市重点实验室, 重庆 400067【正文语种】中文【中图分类】TQ09人类生产生活产生的废水中通常含有有机染料、重金属、卤苯等对生物有害的物质，往往导致十分严重的环境问题[1]。
g-C3N4/RGO/AgI复合光催化剂的制备及性能研究
Preparation and Properties of g-C3N4/RGO/AgI
Composite Photocatalyst
作者： 赵馨睿[1]
作者机构： [1]西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054
出版物刊名： 大庆师范学院学报
页码： 51-56页
年卷期： 2019年 第3期
主题词： 光催化;石墨相氮化碳;碘化银;石墨烯
摘要：采用热聚合法制备石墨相氮化碳(g-C3N4),超声法制备还原氧化石墨烯/石墨相氮化碳(RGO/g-C3N4)二元复合光催化剂,再利用共沉淀法在二元复合光催化剂RGO/g-C3N4表面负载AgI,制得g-C3N4/RGO/AgI复合光催化剂。
运用XRD、SEM、FT-IR、UV-Vis和FTIR等手段对材料进行表征,以罗丹明B(RhB)作为目标物,用g-C3N4/RGO/AgI进行光催化降解实验。
结果表明:光照210min后,g-C3N4/RGO/AgI光催化剂对RhB的降解率为96.52%。
相同条件下,RGO/g-C3N4和g-C3N4/AgI对RhB的降解率分别为58.28%和73.80%。
g-
C3N4/RGO/AgI复合光催化剂具有优异的光催化性能。
石墨相氮化碳的改性及光催化降解有机污染物的研究
石墨相氮化碳的改性及光催化降解有机污染物的研究石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种新型的光催化材料，在环境污染治理方面备受关注。
然而，纯净的g-C3N4材料在一些特定条件下存在一些不足，导致其应用受到一定限制。
因此，通过对g-C3N4材料进行改性，可以提高其光催化活性，同时还可以拓宽其光催化应用的范围。
一种常见的改性方法是掺杂。
例如，通过掺杂金属离子，可以引入额外的能级，改变g-C3N4的能带结构和电子结构，从而提高光催化性能。
金属离子如铜、铜等的掺杂可以增强g-C3N4材料的可见光吸收能力，提高光催化降解有机污染物的效率。
另外，掺杂非金属元素如硼、硅、磷等也可以改善g-C3N4的光催化活性。
这些非金属掺杂元素能够改变材料的禁带宽度和表面活性位点的数量，从而提高材料的催化性能。
此外，通过复合材料的制备方法可以进一步提高g-C3N4的光催化性能。
与其他催化材料如二氧化钛（TiO2）、锌氧化物（ZnO）等的复合制备能够实现协同效应，提高整体光催化性能。
例如，将g-C3N4与金属氧化物（如Fe2O3、Bi2O3等）复合制备，可以增加活性位点的数量，提高光催化降解有机污染物的效率。
此外，g-C3N4还可以与其他材料如二维材料、纳米粒子等复合，实现掺杂效应，从而进一步提高光催化降解性能。
在光催化降解有机污染物方面，石墨相氮化碳通过捕捉光能并将其转化为活性物种如电子和空穴，从而实现有机污染物的氧化降解。
此外，光催化过程中空穴还可以与水和氧反应生成羟基和羟基自由基，从而进一步促进有机污染物的降解。
其光催化降解性能主要取决于光吸收能力、载流子分离和传输效率以及光生活性物种的产生等方面。
近年来，通过对g-C3N4的改性研究，已取得了一些重要的进展。
然而，现有的研究主要集中在材料的制备和光催化性能的表征上，对于其机理研究和实际应用仍然存在一定的不足。
因此，在未来的研究中，应该进一步探索g-C3N4的光催化机制，开发新的改性方法，提高材料的光催化降解性能。
g-C3N4
第42卷第10期2023年10月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.10October,2023g-C 3N 4/Ag 基二元复合光催化剂降解环境污染物的研究进展柏林洋1,蔡照胜2(1.江苏旅游职业学院,扬州㊀225000;2.盐城工学院化学化工学院,盐城㊀224051)摘要:光催化技术在太阳能资源利用方面呈现出良好的应用前景,已受到世界各国的广泛关注㊂g-C 3N 4是一种二维结构的非金属聚合物型半导体材料,具有合成简单㊁成本低㊁化学性质稳定㊁无毒等特点,在环境修复和能量转化方面应用潜力较大㊂但g-C 3N 4存在对可见光吸收能力差㊁比表面积小和光生载流子复合速率高等缺点,限制了其实际应用㊂构筑异质结光催化剂是提高光催化效率的有效途径之一㊂基于Ag 基材料的特点,前人对g-C 3N 4/Ag 基二元复合光催化剂进行了大量研究,并取得显著成果㊂本文总结了近年来AgX(X =Cl,Br,I)/g-C 3N 4㊁Ag 3PO 4/g-C 3N 4㊁Ag 2CO 3/g-C 3N 4㊁Ag 3VO 4/g-C 3N 4㊁Ag 2CrO 4/g-C 3N 4㊁Ag 2O /g-C 3N 4和Ag 2MoO 4/g-C 3N 4复合光催化剂降解环境污染物的研究进展,并评述了g-C 3N 4/Ag 基二元复合光催化剂目前面临的主要挑战,展望了其未来发展趋势㊂关键词:g-C 3N 4;Ag 基材料;二元复合光催化剂;光催化性能;环境污染物中图分类号:TQ426㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)10-3755-09Research Progress on g-C 3N 4/Ag-Based Binary Composite Photocatalysts for Degradation of Environmental PollutantsBAI Linyang 1,CAI Zhaosheng 2(1.Jiangsu Institute of Tourism,Yangzhou 225000,China;2.School of Chemistry and Chemical Engineering,Yancheng Institute of Technology,Yancheng 224051,China)Abstract :Photocatalysis technology shows a good application prospect in the utilization of solar energy resource and has attracted worldwide attention.g-C 3N 4is a two-dimensional polymeric metal-free semiconductor material with the characteristics of facile synthesis,low cost,high chemical stability and non-toxicity,which has great potential in environmental remediation and energy conversion.However,g-C 3N 4has the drawbacks of poor visible light absorption capacity,low specific surface area and high recombination rate of photogenerated charge carriers,which limits its practical application.Constructing heterojunction photocatalyst has become one of effective pathways for boosting photocatalytic efficiency.Based on the inherent merits of Ag-based materials,a lot of researches have been carried out on g-C 3N 4/Ag-based binary photocatalysts and prominent results have been achieved.Recent advances on AgX (X =Cl,Br,I)/g-C 3N 4,Ag 3PO 4/g-C 3N 4,Ag 2CO 3/g-C 3N 4,Ag 3VO 4/g-C 3N 4,Ag 2CrO 4/g-C 3N 4,Ag 2O /g-C 3N 4and Ag 2MoO 4/g-C 3N 4composite photocatalysts for the degradation of environmental pollutants were summarized.The major challenges of g-C 3N 4/Ag-based binary composite photocatalysts were reviewed and the future development trends were also forecast.Key words :g-C 3N 4;Ag-based material;binary composite photocatalyst;photocatalytic performance;environmental pollutant㊀收稿日期:2023-05-15;修订日期:2023-06-12基金项目:江苏省高等学校自然科学研究面上项目(19KJD530002)作者简介:柏林洋(1967 ),男,博士,副教授㊂主要从事光催化材料方面的研究㊂E-mail:linybai@通信作者:蔡照胜,博士,教授㊂E-mail:jsyc_czs@0㊀引㊀言随着全球经济的快速增长和工业化进程的加快,皮革㊁印染㊁制药和化工等行业排放的环境污染物总量3756㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷也不断增长㊂这些环境污染物存在成分复杂㊁毒性大㊁难以降解等特点,对人们的身体健康和生态环境产生严重威胁,已成为制约经济和社会发展的突出问题㊂如何实现环境污染物的高效降解是目前亟待解决的重要问题㊂效率低㊁能耗高及存在二次污染是利用传统处理方法处置环境污染物的主要缺陷[1]㊂光催化技术作为一种新型的绿色技术,具有环境友好㊁成本低㊁反应效率高和无二次污染等优点,在解决环境污染问题方面具有很大的发展潜力,深受人们的关注[2-4]㊂g-C3N4属于一种非金属聚合物型半导体材料,具有二维分子结构,即C原子和N原子通过sp2杂化形成的共轭石墨烯平面结构,具有适宜的禁带宽度(2.7eV)和对460nm以下可见光良好的响应能力㊂g-C3N4具有合成原料成本低㊁制备工艺简单㊁耐酸耐碱和稳定性好等特点,在催化[5]㊁生物[6]和材料[7]等领域应用广泛㊂然而,g-C3N4较小的比表面积㊁较弱的可见光吸收能力和较快的光生载流子复合率等不足导致其光量子利用率不高,给实际应用带来较大困难[8]㊂为了克服上述问题,前人提出了对g-C3N4进行形貌调控[9]㊁元素掺杂[10-11]和与其他半导体耦合[12-13]等方法㊂其中,将g-C3N4与其他半导体耦合形成异质结光催化剂最为常见㊂Ag基半导体材料因具有成本合理㊁光电性能好和光催化活性高等特点而深受青睐,但仍存在光生载流子快速复合和光腐蚀等缺陷㊂近年来,人们将Ag基材料与g-C3N4进行复合,整体提高了复合光催化剂的催化性能,并由此取得了大量极有价值的科研成果㊂本文综述了近年来g-C3N4/Ag银基二元复合光催化剂的制备方法㊁性能和应用等方面的研究现状,同时展望了未来的发展趋势,期望能为该领域的研究人员提供新的思路㊂1㊀g-C3N4/Ag基二元复合光催化剂近年来,基于Ag基半导体材料能与g-C3N4能带结构匹配的特点,构筑g-C3N4/Ag基异质结型复合光催化体系已成为国内外的研究热点㊂这类催化剂通常采用沉淀法在g-C3N4表面负载Ag基半导体材料㊂其中,Ag基体的成核和生长是关键问题㊂通过对Ag基材料成核和生长工艺的控制,实现了Ag基材料在g-C3N4上的均匀分布㊂此外,通过对g-C3N4微观结构进行调控,使其具有较大的比表面积和较高的结晶度,从而进一步提高复合光催化剂的催化性能㊂相对于纯g-C3N4和Ag基光催化剂,g-C3N4/Ag基二元复合光催化剂通过两组分的协同效应和界面作用,不仅能提高对可见光的吸收利用率,而且能有效抑制g-C3N4和Ag基材料中光生e-/h+对的重组,从而提高复合光催化剂的活性和稳定性㊂在g-C3N4/Ag基二元复合光催化材料中,以AgX(X=Cl,Br,I)/g-C3N4㊁Ag3PO4/g-C3N4㊁Ag2CO3/g-C3N4㊁Ag3VO4/g-C3N4㊁Ag2CrO4/g-C3N4㊁Ag2O/g-C3N4和Ag2MoO4/g-C3N4为典型代表㊂1.1㊀AgX(X=Cl,Br,I)/g-C3N4二元复合光催化剂AgX(X=Cl,Br,I)在杀菌㊁有机污染物降解和光催化水解产氢等方面展现出优异的性能㊂但AgX (X=Cl,Br,I)是一种光敏材料,在可见光下容易发生分解,形成Ag0,从而影响其催化活性及稳定性㊂将AgX(X=Cl,Br,I)与g-C3N4复合是提升AgX(X=Cl,Br,I)使用寿命㊁改善光催化性能最有效的方法之一㊂Li等[14]采用硬模板法制备出一种具有空心和多孔结构的高比表面积g-C3N4纳米球,并以其为载体,通过沉积-沉淀法得到AgBr/g-C3N4光催化材料㊂XRD分析显示AgBr的加入并没有改变g-C3N4的晶体结构,瞬态光电流试验表明AgBr/g-C3N4光电流密度高于g-C3N4,橙黄G(OG)染料经10min可见光照射后的降解率达到97%㊂Shi等[15]报道了利用沉淀回流法制备AgCl/g-C3N4光催化剂,研究了AgCl的量对催化剂结构及光催化降解草酸性能的影响,确定了最佳修饰量,分析了催化剂用量㊁草酸起始浓度㊁酸度和其他有机成分对光催化活性影响,通过自由基捕获试验揭示了光降解反应中起主要作用的活性物质为光生电子(e-)㊁羟基自由基(㊃OH)㊁超氧自由基(㊃O-2)和空穴(h+)㊂彭慧等[16]采用化学沉淀法制备具有不同含量AgI的AgI/g-C3N4光催化剂,SEM测试表明AgI纳米颗粒分布在层状结构g-C3N4薄片的表面,为催化反应提供了更多的活性位㊂该系列催化剂应用于光催化氧化降解孔雀石绿(melachite green,MG)的结果显示,AgI/g-C3N4(20%,质量分数,下同)的光催化性能最好,MG经2h可见光辐照后去除率达到99.8%㊂部分AgX(X=Cl,Br,I)/g-C3N4二元复合光催化剂的研究现状如表1所示㊂第10期柏林洋等:g-C 3N 4/Ag 基二元复合光催化剂降解环境污染物的研究进展3757㊀表1㊀AgX (X =Cl ,Br ,I )/g-C 3N 4二元复合光催化剂光降解环境污染物的研究现状Table 1㊀Research status of AgX (X =Cl ,Br ,I )/g-C 3N 4binary composite photocatalysts forphotodegradation of enviromental pollutantsPhotocatalytst Synthesis method TypePotential application Photocatalytic activity Reference AgBr /g-C 3N 4Sonication-assisted deposition-precipitation II-schemeDegradation of RhB,MB and MO 100%degradation for RhB,95%degradation for MB and 90%degradation for MO in 10min [17]AgCl /g-C 3N 4Precipitation Z-schemeDegradation of RhB and TC 96.1%degradation for RhB and 77.8%degradation for TC in 120min [18]AgCl /g-C 3N 4Solvothermal +in situ ultrasonic precipitation Z-scheme Degradation of RhB 92.2%degradation in 80min [19]AgBr /g-C 3N 4Deposition-precipitation II-schemeDegradation of MO 90%degradation in 30min [20]AgI /g-C 3N 4In-situ growth II-scheme Degradation of RhB 100%degradation in 60min [21]㊀㊀Note:MO-methyl orange,RhB-rhodamine B,TC-tetracycline hydrochloride,MB-methyl blue.1.2㊀Ag 3PO 4/g-C 3N 4二元复合光催化剂纳米Ag 3PO 4禁带宽度为2.5eV 左右,对可见光有很好的吸收作用,且光激发后具有很强的氧化性,在污染物降解和光解水制氢等领域有良好的应用前景[22]㊂但是,纳米Ag 3PO 4易团聚,光生载流子的快速重组使光催化活性大大降低,此外,Ag 3PO 4还易受光生e -的腐蚀,从而影响稳定性㊂Ag 3PO 4与g-C 3N 4复合可显著降低e -/h +对的重组,有效提高光催化性能㊂Wang 等[23]采用原位沉淀法获得Z-型异质结构g-C 3N 4/Ag 3PO 4复合光催化剂,并有效地提高了e -/h +对的分离效率㊂TEM 结果显示,Ag 3PO 4粒子被g-C 3N 4纳米片所覆盖,UV-DRS 结果表明,Ag 3PO 4的添加使g-C 3N 4吸收边发生红移,且吸收光强度显著增强,光降解实验结果显示,30%g-C 3N 4/Ag 3PO 4光催化剂在40min 内能去除约90%的RhB㊂胡俊俊等[24]利用了原位沉淀法合成了一系列Ag 3PO 4/g-C 3N 4复合光催化剂,研究了Ag 3PO 4和g-C 3N 4的物质的量比对催化剂在可见光下催化降解MB 性能的影响,发现在最优组分下,MB 经可见光辐照30min 后可以被完全降解㊂Mei 等[25]采用焙烧-沉淀法制备了一系列Ag 3PO 4/g-C 3N 4复合光催化剂,并用于可见光条件下降解双酚A(bisphenol A,BPA),发现Ag 3PO 4质量分数为25%时,光催化降解BPA 的性能最好,3h 能降解92.8%的BPA㊂潘良峰等[26]采用化学沉淀法制备出一种具有空心管状的Ag 3PO 4/g-C 3N 4光催化剂,SEM 结果表明,Ag 3PO 4颗粒均匀分布于空心管状结构g-C 3N 4的表面,两者形成一个较强异质结构,将其用于盐酸四环素(tetracycline hydrochloride,TC)光催化降解,80min 能降解98%的TC㊂Deonikar 等[27]研究了采用原位湿化学法合成催化剂过程中使用不同溶剂(去离子水㊁四氢呋喃和乙二醇)对Ag 3PO 4/g-C 3N 4的结构和光降解MB㊁RhB 及4-硝基苯酚性能的影响,发现不同溶剂对复合光催化剂的形貌有着重要影响,从而影响光催化性能,其中以四氢呋喃合成的复合光催化剂的催化降解性能最佳,这是由于g-C 3N 4纳米片均匀包裹在Ag 3PO 4的表面,从而促使两者界面形成较为密切的相互作用,有利于e -/h +对的分离㊂部分Ag 3PO 4/g-C 3N 4二元复合光催化剂的研究进展见表2㊂表2㊀Ag 3PO 4/g-C 3N 4二元复合光催化剂光降解环境污染物的研究现状Table 2㊀Research status of Ag 3PO 4/g-C 3N 4binary composite photocatalysts for photodegradation of environmental pollutantsPhotocatalyst Synthesis method Type Potential application Photocatalytic activity Reference g-C 3N 4/Ag 3PO 4In situ precipitation Z-scheme Degradation of BPA 100%degradation in 180min [28]g-C 3N 4/Ag 3PO 4Hydrothermal Z-schemeDecolorization of MB Almost 93.2%degradation in 25min [29]g-C 3N 4/Ag 3PO 4In situ prepcipitation II-scheme Reduction of Cr(VI)94.1%Cr(VI)removal efficiency in 120min [30]g-C 3N 4/Ag 3PO 4Chemical precipitation Z-scheme Degradation of RhB 90%degradation in 40min [31]g-C 3N 4/Ag 3PO 4In situ precipitation Z-scheme Degradation of levofloxacin 90.3%degradation in 30min [32]Ag 3PO 4/g-C 3N 4Chemical precipitation Z-schemeDegradation of gaseous toluene 87.52%removal in 100min [33]Ag 3PO 4/g-C 3N 4Calcination +precipitation Z-scheme Degradation of diclofenac (DCF)100%degradation in 12min [34]Ag 3PO 4/g-C 3N 4In situ deposition Z-scheme Degradation of RhB and phenol 99.4%degradation in 9min for RhB;97.3%degradation in 30min for phenol [35]3758㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷续表Photocatalyst Synthesis method Type Potential application Photocatalytic activity Reference Ag3PO4/g-C3N4In situ hydrothermal II-scheme Degradation of sulfapyridine(SP)94.1%degradation in120min[36] Ag3PO4/g-C3N4In situ growth Z-scheme Degradation of berberine100%degradation in15min[37] g-C3N4/Ag3PO4In situ deposition Z-scheme Degradation of ofloxacin71.9%degradation in10min[38] Ag3PO4/g-C3N4Co-precipitation Z-scheme Degradation of MO98%degradation in10min[39]g-C3N4/Ag3PO4Calcination+precipitation Z-scheme Degradation of MO,RhB and TC95%degradation for MO in30min;[40]96%degradation for RhB in15min;80%degradation for TC in30min1.3㊀Ag2CO3/g-C3N4二元复合光催化剂Ag4d轨道和O2p轨道杂化,形成Ag2CO3的价带(valence band,VB);Ag5s轨道和Ag4d轨道进行杂化,形成Ag2CO3导带(conduction band,CB),而CB中原子轨道杂化会降低Ag2CO3带隙能,从而提高光催化活性[41]㊂纳米Ag2CO3带隙能约为2.5eV,可见光响应性好,在可见光作用下表现出良好的光催化降解有机污染物特性[42-43]㊂然而,经长时间光照后,Ag2CO3晶粒中Ag+会被光生e-还原成Ag0,导致其光腐蚀,引起光催化性能下降[44]㊂Ag2CO3与g-C3N4耦合,能够有效地抑制光腐蚀,促进e-/h+对的分离,进而改善光催化性能㊂An等[45]通过构筑Z型核壳结构的Ag2CO3@g-C3N4材料来增强Ag2CO3和g-C3N4界面间的相互作用,从而有效防止光腐蚀发生,加速光生e-/h+对的分离,实现了催化剂在可见光辐照下高效降解MO㊂Yin等[46]通过水热法制备Ag2CO3/g-C3N4光催化剂,探讨了g-C3N4的含量㊁合成温度对催化剂结构和光降解草酸(oxalic acid,OA)性能的影响,获得最优条件下合成的催化剂能在45min光照时间内使OA去除率达到99.99%㊂Pan等[41]采用煅烧和化学沉淀两步法,制备了一系列Ag2CO3/g-C3N4光催化剂,TEM结果显示,Ag2CO3纳米粒子均匀分布在g-C3N4纳米片表面,且形貌规整㊁粒径均一,光催化性能测试结果表明,60% Ag2CO3/g-C3N4光催化活性最高,MO和MB分别经120和240min可见光光照后,其降解率分别为93.5%和62.8%㊂Xiu等[47]使用原位水热法构筑了Ag2CO3/g-C3N4光催化剂,光降解试验结果表明,MO经可见光辐照1h的去除率为87%㊂1.4㊀Ag3VO4/g-C3N4二元复合光催化剂纳米Ag3VO4带隙能约为2.2eV,可用于催化可见光降解环境污染物,是一种具有应用前景的新型半导体材料㊂然而,如何提高Ag3VO4光催化性能,仍然是学者研究的重点㊂构建Ag3VO4/g-C3N4异质结催化剂是提高Ag3VO4的催化性能的一种有效方法㊂该方法能够降低Ag3VO4光生载流子的复合率,拓宽可见光的吸收范围㊂Hind等[48]通过溶胶凝胶法制备出一种具有介孔结构的Ag3VO4/g-C3N4复合光催化剂,该复合催化剂经60min可见光照射能将Hg(II)全部还原,其光催化活性分别是Ag3VO4和g-C3N4的4.3倍和5.4倍,主要是由于异质结界面处各组分间紧密结合以及催化剂具有较高的比表面积和体积比,从而促进光生载流子的分离㊂蒋善庆等[49]利用化学沉淀法制备了系列Ag3VO4/g-C3N4催化剂,催化性能研究结果表明,Ag3VO4负载量为20%(质量分数)时,其光催化降解微囊藻毒素的效果最好,可见光辐照100min后降解率为85.43%,而g-C3N4在相同条件下的降解率仅为18.76%㊂1.5㊀Ag2CrO4/g-C3N4二元复合光催化剂纳米Ag2CrO4具有特殊的晶格和能带结构,其带隙能为1.8eV,可见光响应良好,是一种非常理想的可见光区半导体材料㊂然而,Ag2CrO4存在自身的电子结构和晶体的缺陷,导致其光催化效率性能较差,严重影响了实际应用[50-52]㊂将Ag2CrO4与g-C3N4复合形成异质结光催化剂是提高其光催化效率和稳定性的一种有效途径,因为Ag2CrO4在光照下产生的光生e-快速地迁移到g-C3N4表面,可避免光生e-在Ag2CrO4表面聚集而引起光腐蚀㊂Ren等[53]利用SiO2为硬模板,以氰胺为原料,合成出具有中空介孔结构的g-C3N4,再通过化学沉淀法制备了系列g-C3N4/Ag2CrO4光催化剂,并将其用于RhB和TC的可见光降解,研究发现g-C3N4/Ag2CrO4催化剂具有较高比表面积和丰富的孔道结构,在可见光辐射下表现出较高的光催化活性㊂Rajalakshmi等[54]利用水热方法合成了一系列Ag2CrO4/g-C3N4光催化剂,并将其用于对硝基苯酚的光催化降解,结果表明,Ag2CrO4质量分数为10%时,其降解率达到97%,高于单组分g-C3N4或Ag2CrO4,原因是与第10期柏林洋等:g-C 3N 4/Ag 基二元复合光催化剂降解环境污染物的研究进展3759㊀Ag 2CrO 4和g-C 3N 4界面间形成了S-型异质结,能提高e -/h +对的分离效率㊂1.6㊀Ag 2O /g-C 3N 4二元复合光催化剂纳米Ag 2O 是一种理想的可见光半导体材料,在受到光辐照后,其电子发生跃迁,CB 上光生e -能够将Ag 2O 晶粒中Ag +还原成Ag 0,而VB 上h +能够使Ag 2O 的晶格氧氧化为O 2,导致其结构不稳定㊂然而,纳米Ag 2O 在有机物污染物降解方面表现出良好的稳定性[55],这是因为Ag 2O 的表面会随着光化学反应的进行被一定数量的Ag 0纳米粒子所覆盖,而Ag 0纳米粒子作为光生e -陷阱,能够降低e -在Ag 2O 表面的富集,同时,由于光生h +具有较强的氧化性能力,既能实现对有机污染物的直接氧化,又能避免其对晶格氧的氧化,从而提高了纳米Ag 2O 光催化活性和稳定性㊂Liang 等[56]在常温下采用简易化学沉淀法制备了p-n 结Ag 2O /g-C 3N 4复合光催化剂,研究发现,起分散作用的g-C 3N 4为Ag 2O 纳米颗粒的生长提供了大量成核位点并限制了Ag 2O 纳米颗粒聚集,p-n 结的形成以及在光化学反应过程中生成的Ag 纳米粒子,加速了光生载流子的分离和迁移,拓宽了光的吸收范围,在可见光和红外光照下降解RhB 溶液过程中表现出良好的催化活性,其在可见光和红外光照下反应速率分别是g-C 3N 4的26倍和343倍㊂Jiang 等[57]通过液相法制备了一系列介孔结构的g-C 3N 4/Ag 2O 光催化剂,试验结果表明,Ag 2O 的添加显著提高了g-C 3N 4/Ag 2O 光催化剂的吸光性能和比表面积,因此对光催化性能的提升有促进作用,当Ag 2O 含量为50%时,光催化分解MB 的效果最好,经120min 可见光光照后,MB 的脱除率达到90.8%,高于g-C 3N 4和Ag 2O㊂Kadi 等[58]以Pluronic 31R 1表面活性剂为软模板,以MCM-41为硬模板,合成出具有多孔结构的Ag 2O /g-C 3N 4光催化剂,TEM 结果显示,球形Ag 2O 的纳米颗粒均匀地分布于g-C 3N 4的表面,催化性能评价表明0.9%Ag 2O /g-C 3N 4复合光催化剂光催化效果最佳,60min 能完全氧化降解环丙沙星,其降解效率分别是Ag 2O 和g-C 3N 4的4倍和10倍㊂1.7㊀Ag 2MoO 4/g-C 3N 4二元复合光催化剂Ag 2MoO 4具有良好的导电性㊁抗菌性㊁环保性,以及优良的光催化活性,在荧光材料㊁导电玻璃㊁杀菌剂和催化剂等方面有着广阔的应用前景[59]㊂但Ag 2MoO 4带隙大(3.1eV),仅能对紫外波段光进行响应,限制了其对太阳光的利用㊂当Ag 2MoO 4与g-C 3N 4进行耦合时,可以将其对太阳光的吸收范围由紫外拓展到可见光区,从而提高太阳光的利用率㊂Pandiri 等[60]通过水热合成的方法,制备出β-Ag 2MoO 4/g-C 3N 4异质结光催化剂,SEM 结果显示该催化剂中β-Ag 2MoO 4纳米颗粒均匀地分布在g-C 3N 4纳米片的表面,光催化性能测试结果表明在3h 的可见光照射下,其降解能力是β-Ag 2MoO 4和g-C 3N 4机械混合物的2.6倍,主要原因在于β-Ag 2MoO 4和g-C 3N 4两者界面间形成更为紧密的异质结,使得e -/h +对被快速分离㊂Wu 等[61]采用简单的原位沉淀方法成功构建了Ag 2MoO 4/g-C 3N 4光催化剂,并将其应用于MO㊁BPA 和阿昔洛韦的降解,结果表明该催化剂显示出良好的太阳光催化活性,这主要是因为Ag 2MoO 4和g-C 3N 4界面间存在着一定的协同效应,可有效地提高对太阳光的利用率,降低载流子的复合概率㊂2㊀g-C 3N 4/Ag 基二元复合光催化剂电荷转移机理模型研究g-C 3N 4/Ag 基二元复合光催化剂在可见光的辐照下,价带电子发生跃迁,产生e -/h +对㊂e -被催化剂表面吸附的O 2捕获产生㊃O -2,并进一步与水反应生成㊃OH,形成的三种活性自由基(h +㊁㊃O -2和㊃OH),实现水中有机污染物的高效降解(见图1)㊂而光催化反应机理与载流子的迁移机制密切相关㊂目前,g-C 3N 4/Ag 基二元复合光催化剂体系中主要存在三种不同的光生载流子的转移机制,分别为I 型㊁II 型和Z 型㊂图1㊀g-C 3N 4/Ag 基二元复合光催化剂降解有机污染物的光催化反应机理Fig.1㊀Photocatalytic reaction mechanism of g-C 3N 4/Ag-based binary composite photocatalyst for degradation of organic pollutants3760㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷2.1㊀I 型异质结载流子转移机理模型图2(a)为I 型异质结构中的光生e -/h +对转移示意图㊂半导体A 和半导体B 均对可见光有响应,其中,半导体A 的带隙较宽,半导体B 的带隙较窄,并且半导体B 的VB 和CB 均位于半导体A 之间,在可见光的照射下,e -发生跃迁,从CB 到VB,半导体A 的CB 上的e -和VB 上的h +分别向半导体B 的CB 和VB 转移,从而实现了e -/h +对的分离㊂以Ag 2O /g-C 3N 4复合催化剂为例[58],当Ag 2O 和g-C 3N 4相耦合时,因为g-C 3N 4的VB 具有更正的电势,h +被转移到Ag 2O 的VB 上,同时,光激发e -在g-C 3N 4的CB 上,其电势较负,e -便传输到Ag 2O 的CB 上,CB 上e -与O 2结合形成㊃O -2,并进一步与H +结合生成了㊃OH,而有机物污染物被Ag 2O 的价带上h +氧化分解生成CO 2和H 2O㊂2.2㊀II 型异质结载流子转移机理模型II 型异质结是一种能级交错带隙型结构,如图2(b)所示,其中半导体A 的CB 电位较负,在可见光照射下,e -从CB 上转移到半导体B 的CB 上,h +从半导体B 的VB 转移到半导体A 的VB 上,从而使e -/h +对得以分离㊂以Ag 3PO 4@g-C 3N 4为例[62],由于g-C 3N 4的CB 的电势较Ag 3PO 4低,光生e -从g-C 3N 4迁移到Ag 3PO 4的CB 上,而Ag 3PO 4的CB 电势较g-C 3N 4高,h +从Ag 3PO 4的VB 迁移到g-C 3N 4的VB 上,从而实现e -/h +对的分离,g-C 3N 4表面的h +可直接氧化降解MB,而Ag 3PO 4表面积聚的电子又会被氧捕获,产生H 2O 2,并进一步分解成㊃OH,从而加快MB 的降解㊂上述I 型和II 型结构CB 的氧化能力和VB 还原能力低于单一组分,造成复合半导体的氧化还原能力降低[63]㊂2.3㊀Z 型异质结载流子转移机理模型构建Z 型异质结光光催化剂使得e -和h +沿着特有的方向迁移,有效解决复合催化剂氧化还原能力降低问题[64]㊂Z 型异质结催化剂e -/h +对的迁移方向如图2(c)所示,e -从半导体B 的电势较高的CB 转移到半导体A 的电势较低的VB 进行复合,从而实现半导体A 的e -和半导体B 的h +发生分离㊂h +在半导体B 表面氧化性能更强,在半导体A 上e -具有较高还原特性,两者共同作用使环境污染物得以顺利降解㊂为了更好地解释Z 型异质结h +和e -迁移机理,以Ag 3VO 4/g-C 3N 4复合光催化剂为例[48],复合光催化剂经可见光激发后,Ag 3VO 4和g-C 3N 4都发生了e -跃迁,在Ag 3VO 4的CB 上e -与g-C 3N 4的VB 上h +进行复合时,e -对Ag 3VO 4的腐蚀作用被削弱,同时,也实现了g-C 3N 4的CB 上e -和Ag 3PO 4的价带上h +发生分离,g-C 3N 4的CB 上e -具有较强的还原性,将Hg 2+还原成Hg 0,而Ag 3PO 4的VB 上h +具有较强的氧化性,可将HOOH氧化生成CO 2和H 2O㊂图2㊀电子-空穴对转移机理示意图Fig.2㊀Schematic diagrams of electron-hole pairs transfer mechanism 3㊀结语和展望g-C 3N 4/Ag 基二元复合光催化剂因其较强的可见光响应和优异的光催化性能,在环境污染物的降解方面具有广阔的发展空间㊂近年来,国内外研究人员在理论研究㊁制备方法和光催化性能等多个领域取得了重要进展,为光催化理论的发展奠定了坚实的基础㊂然而,g-C 3N 4/Ag 基二元复合光催化剂在实际应用中还面临诸多问题,如制备工艺复杂㊁光腐蚀㊁光催化剂回收利用困难㊁光催化降解污染物的反应机理尚不明确等,第10期柏林洋等:g-C3N4/Ag基二元复合光催化剂降解环境污染物的研究进展3761㊀现有的光催化降解模型仍有较大的分歧,亟待深入研究㊂为了获得性能优良的g-C3N4/Ag基复合光催化剂,实现产业化应用,应进行以下几方面的研究:1)在g-C3N4/Ag基二元光催化剂的基础上,构建多元复合光催化剂,是进一步提升光生载流子分离效率的有效㊁可靠手段,也是当今和今后光催化剂的研究重点㊂2)对g-C3N4/Ag基二元光催化剂体系中e-/h+对的转移㊁分离和复合等过程进行系统研究,并阐明其光催化反应机制㊂3)针对当前合成的g-C3N4材料多为体相,存在着颗粒大㊁比表面积小㊁活性位少等缺陷,应通过对g-C3N4材料的形状㊁形貌及尺寸的调控,来实现Ag 基材料在g-C3N4材料表面的均匀分布,降低e-/h+对的重组概率,从而大幅度提高复合光催化剂的性能㊂4)Ag基材料的光腐蚀是导致光催化活性和稳定性下降的重要因素,探索一种更为有效的光腐蚀抑制机制,是将其推广应用的关键㊂5)当前合成的g-C3N4/Ag基二元复合光催化剂多为粉末状,存在着易团聚㊁难回收等问题,从而限制了其循环利用㊂因此,需要开展g-C3N4/Ag基二元复合光催化剂回收和再利用的研究,这将有利于社会效益和经济效益的提高㊂参考文献[1]㊀LIN Z S,DONG C C,MU W,et al.Degradation of Rhodamine B in the photocatalytic reactor containing TiO2nanotube arrays coupled withnanobubbles[J].Advanced Sensor and Energy Materials,2023,2(2):100054.[2]㊀DIAO Z H,JIN J C,ZOU M Y,et al.Simultaneous degradation of amoxicillin and norfloxacin by TiO2@nZVI composites coupling withpersulfate:synergistic effect,products and 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《2024年石墨烯氮化碳的内建电场调控及其光催化产氢性能研究》范文
《石墨烯氮化碳的内建电场调控及其光催化产氢性能研究》篇一一、引言随着全球能源需求的增长和传统能源的日益枯竭，寻找高效、清洁、可再生的能源已成为人类面临的重要课题。
光催化产氢技术因其具有高效、环保、可持续等优点，正成为一种理想的清洁能源解决方案。
而其中，石墨烯氮化碳（Graphene Nitride）作为一类重要的光催化剂材料，因具有出色的光学和电子性质而备受关注。
本研究以石墨烯氮化碳为基础，探究其内建电场的调控及其光催化产氢性能的研究。
二、石墨烯氮化碳材料及其内建电场石墨烯氮化碳（g-C3N4）是一种由碳和氮元素组成的二维材料，具有优异的物理化学性质。
其内建电场主要来源于材料内部的电荷分布不均，这种电场对光生电子和空穴的分离和传输有着重要的影响。
通过对石墨烯氮化碳内建电场的调控，可以有效提高其光催化性能。
三、内建电场的调控方法本部分主要介绍几种常用的内建电场调控方法：1. 元素掺杂：通过引入其他元素（如硫、磷等）对石墨烯氮化碳进行掺杂，改变其电子结构和电荷分布，从而调控内建电场。
2. 表面修饰：利用具有特定功能的分子或纳米结构对石墨烯氮化碳表面进行修饰，通过改变表面性质来调控内建电场。
3. 异质结构建：通过与其他材料（如金属氧化物、硫化物等）构建异质结，利用不同材料之间的能级差异和电荷转移，实现对内建电场的调控。
四、光催化产氢性能研究本部分主要研究石墨烯氮化碳在经过内建电场调控后的光催化产氢性能。
通过实验数据和结果分析，得出以下结论：1. 元素掺杂可以有效提高石墨烯氮化碳的光催化产氢性能。
例如，硫掺杂的g-C3N4具有更高的光吸收能力和更强的光生电子分离能力，从而提高了产氢速率。
2. 表面修饰可以改善石墨烯氮化碳的表面性质，提高其与反应物的接触面积和反应活性，从而增强光催化产氢性能。
3. 构建异质结可以有效地促进光生电子和空穴的分离和传输，提高石墨烯氮化碳的光催化效率。
此外，异质结还可以扩大光谱响应范围，提高对太阳光的利用率。
《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》范文
《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》篇一一、引言随着全球能源需求的日益增长和环境污染的日益严重，开发高效、清洁、可持续的能源转化技术显得尤为重要。
其中，光催化制氢技术因其在太阳能转换利用中的高效性，被认为是解决能源和环境问题的重要途径。
g-C3N4作为一种具有独特性能的全有机光催化剂，其在光催化制氢领域的应用逐渐受到广泛关注。
本文旨在研究基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能，为光催化制氢技术的发展提供理论支持。
二、g-C3N4材料概述g-C3N4是一种具有优异光学性能和化学稳定性的全有机光催化剂，其独特的电子结构和物理性质使其在光催化制氢方面具有广泛应用。
g-C3N4主要由碳和氮元素组成，合成过程简单且环保，是当前光催化制氢领域的热门研究材料。
三、全有机异质结光催化剂设计为了进一步提高g-C3N4的光催化制氢性能，本文设计了一种全有机异质结光催化剂。
该催化剂以g-C3N4为基础，通过与其他有机材料构建异质结结构，从而增强光吸收能力、提高载流子分离效率。
此外，异质结结构还可以有效抑制光生电子和空穴的复合，提高光催化反应的效率。
四、实验方法与过程本文采用多种表征手段对所制备的光催化剂进行性能评估。
首先，通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对催化剂的晶体结构和形貌进行表征。
其次，利用紫外-可见光谱（UV-Vis）和荧光光谱（PL）分析催化剂的光学性能。
最后，通过光催化制氢实验评估催化剂的制氢性能。
实验过程中，我们详细记录了催化剂的制备过程、实验条件及结果。
具体包括前驱体的选择、催化剂的合成方法、光催化制氢实验的操作步骤及结果等。
五、结果与讨论1. 光吸收性能：通过UV-Vis光谱分析，我们发现所制备的全有机异质结光催化剂具有优异的光吸收性能，可有效吸收可见光范围内的光线。
2. 载流子分离效率：PL谱图显示，与纯g-C3N4相比，全有机异质结光催化剂的载流子分离效率得到显著提高。
g-C3N4基光催化剂的制备及性能的研究
g-C3N4基光催化剂的制备及性能的研究g-C3N4基光催化剂的制备及性能的研究近年来，随着环境污染和能源危机的日益加剧，人们对环境友好和高效能源转化技术的需求与日俱增。
因此，研究开发一种高效的光催化剂成为了科学家们的研究焦点之一。
g-C3N4（石墨相氮化碳）因其良好的光催化性能而备受关注，可以用来降解有害物质、产生氢气或二氧化碳还原等。
g-C3N4基光催化剂的制备方法主要有热处理法、因子法、溶胶-凝胶法、冷冻干燥法等。
其中，热处理法是制备g-C3N4最常见的方法之一。
首先，选择适当和廉价的前驱体（如尿素），通过热聚合反应形成含有大量三氮（C3N4）键的大分子聚合物。
然后，将聚合物在高温条件下进行热分解，生成g-C3N4晶体。
这种方法具有简单、经济的优势，但由于热解条件的限制，得到的g-C3N4往往具有较低的比表面积和较大的颗粒粒径。
研究者们还通过导入不同的掺杂元素，如硫、铁和硼等，来改善g-C3N4的光催化性能。
掺杂能够引入新的能带，扩宽g-C3N4的光响应范围，增强电子和空穴的分离效率。
此外，选择合适的载体材料也可以提高g-C3N4的催化活性。
由于g-C3N4的特殊结构，它在水中的分散性较差。
因此，在制备g-C3N4光催化剂时，通常采用混合材料的形式，例如将g-C3N4与TiO2、ZnO或二氧化硅等载体相结合。
这些载体材料可以提供更大的比表面积和更好的分散性，从而促进光催化剂的光吸收和催化反应效率。
除了制备方法的改进，研究者们还注意到了g-C3N4的光催化机理和提高催化性能的策略。
g-C3N4在光照条件下可以产生电子-空穴对，其中电子和空穴分别参与催化反应中的还原和氧化过程。
因此，提高g-C3N4的分离效率是提高光催化性能的关键。
研究发现，调控杂质浓度和晶体结构可以有效地改善g-C3N4光生载流子的分离效率。
此外，结构修饰和表面修饰也是提高g-C3N4光催化活性的重要途径。
例如，g-C3N4的表面可通过改性和修饰来引入更多的催化活性位点，提高催化剂的催化活性和稳定性。
219413914_g-C3N4基材料在光催化中的应用
第52卷第6期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 6 2023年6月 Liaoning Chemical Industry June，2023基金项目： 辽宁省教育厅高等学校基本科研项目（项目编号： LJKZ0614）。
收稿日期： 2022-12-30g -C 3N 4基材料在光催化中的应用冯效迁，徐金鑫（辽宁工业大学 化学与环境工程学院，辽宁 锦州 121001）摘 要：近些年来，随着工业进步和科技发展，能源与环境问题日益严峻。
为了实现可持续发展，研究者们不断探索绿色环保的新兴技术。
光催化技术利用完全清洁的太阳能，能够实现产氢、还原CO 2、降解有机污染物等多种反应过程，完全满足当代社会可持续发展的要求，而且较传统技术相比有很大的优势。
g-C 3N 4具有独特的层状结构、化学稳定性高，禁带宽度适中（~2.7 eV ），是环境友好的光催化剂。
为了对g-C 3N 4的光催化性能进行更好的提升，一般通过元素掺杂、复合改性等方法对g-C 3N 4改性和修饰。
对光催化和氮化碳的基本情况进行了简要的介绍，并对未来发展方向作出了展望。
关 键 词：光催化； g-C 3N 4； 改性中图分类号：O643 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）06-0849-04随着技术和工业的发展，环境污染与能源匮乏已成为严重问题。
光催化是利用半导体材料的光响应特性，在光照下产生强还原性的光生电子和强氧化性的光生空穴。
光生电子和空穴可以直接触发氧化还原反应，如水的分解和二氧化碳的还原，从而实现高效的H 2能量回收和二氧化碳循环利用。
也能产生各种自由基，进而将各类难以处理的有机污染物氧化成二氧化碳和水，实现水体净化。
由于太阳能近乎无穷无尽，近年来，光催化技术在能源和环境保护领域受到广泛关注。
石墨相氮化碳（g-C 3N 4）具有类似于石墨的二维层状结构，其中各层通过范德华力连接。
作为一种半导体材料，g-C 3N 4具有成本低廉、结构稳定、热导率高等优点，但g-C 3N 4的比表面积较小，导致光生载流子分离效率低，且在可见光下响应范围窄，往往通过需要对其进行改性以提高光催化活性。
g_C_3N_4_石墨烯复合材料的制备及光催化活性的研究_尹竞
中国环境科学 2016,36(3)：735~740 China Environmental Science g-C3N4/石墨烯复合材料的制备及光催化活性的研究尹 竞,廖高祖*,朱冬韵,卢 平,李来胜(华南师范大学化学与环境学院,广东广州 510006)摘要：以三聚氰胺和氧化石墨烯颗粒为原料,通过研磨负载、氮气气氛下煅烧的方法制备了石墨相氮化碳/石墨烯(g-C3N4/rGO)复合光催化剂.主要采用TEM、XRD、PL等对其进行表征,研究了其在模拟太阳光下对罗丹明B(RhB)的光催化性能.PL分析结果显示,相比单一的g-C3N4,g-C3N4/rGO的光生电子-空穴对的复合几率大大降低.光催化结果表明,和单一g-C3N4相比,首次使用研磨负载、氮气保护气氛下煅烧制备的g-C3N4/rGO(2%)光催化反应180min后对RhB的降解率提高了43.2%.这是因为石墨烯为g-C3N4提供了电子转移场所,实现光生电子-空穴的有效分离,从而提高了光催化效率.本文还考察了添加叔丁醇(TBA)和三乙醇胺(TEOA)后对g-C3N4/rGO光催化的影响,实验结果表明:光生空穴是g-C3N4/rGO光催化体系中的主要活性物质之一.关键词：石墨相氮化碳；石墨烯；光催化中图分类号：X52文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2016)03-0735-06Preparation and photocatalytic activity of g-C3N4/rGO composite. YIN Jing, LIAO Gao-zu*, ZHU Dong-yun, LU Ping, LI Lai-sheng (School of Chemistry and Environment, South China Normal University, Guangzhou 510006, China). China Environmental Science, 2016,36(3)：735~740Abstract：Graphitic carbon nitride/reduced graphene oxide (g-C3N4/rGO) composite was synthesized by grinding and calcination process. Then it was characterized by transmission electron microscope (TEM), X-ray diffraction (XRD), and photoluminescence spectra (PL). The photocatalytic activity of g-C3N4/rGO was evaluated by degrading rhodamine B (RhB) under simulated solar light irradiation. The results of PL analysis demonstrated that the recombination of photo-generated electrons and holes was inhibited compared with pure g-C3N4. The results of photocatalytic degradation of RhB showed that the removal efficiency of RhB with g-C3N4/rGO(2%) composite in 180min was improved by 43.2% compared with pure g-C3N4, which was attributed to the facilitated electrons transfer in g-C3N4/rGO composite. The main oxidative species was also detected by addition of TBA and TEO A in the photocatalytic process. The result suggested that holes were mainly responsible for the degradation of RhB in g-C3N4/rGO photocatalytic system.Key words：g-C3N4；graphene；photocatalytic半导体光催化在解决能源短缺和环境污染等方面表现出巨大的潜力,受到各国政府的高度重视[1].在大多数半导体中,TiO2因光催化活性高、稳定性好、安全无毒、价格低廉等优点,被广泛用于光催化技术研究[2].然而,TiO2的禁带较宽(约3.2eV),限制了对可见光的利用;而且高的光生电子空穴复合率导致较低的光量子效率[3].因此,开发新型、高效的光催化剂成为光催化技术发展的必然需求.近年来,一种新型的、可见光下响应的非金属材料g-C3N4,由于禁带宽度(约2.7eV) 较窄、化学稳定性好、制备方法简便等优点受到广泛的关注[4-6].但是单一g-C3N4的光生电子和空穴的复合率较高[7-8],导致其光催化的效果并不理想.为了抑制光生电子-空穴对的复合,可以将g-C3N4与其他材料复合,利用二者的协同作用来提高其光催化活性[9].石墨烯是一种新型的二维单层碳原子材料,是由二维蜂窝状晶格紧密堆积组成的单层碳原子组成,由于具有优异的电学性能,巨大的比表面积和良好的电子迁移能力而受到广泛关注[10-12].石墨烯具有类似的碳原子网状和SP2杂化结构,使其最适合与g-C3N4形成复合材料[13].研究发收稿日期：2015-06-15基金项目：国家自然科学基金(21207042)* 责任作者, 讲师, liaogaozu@736 中国环境科学 36卷现易通过氧化天然石墨-分散-化学还原的步骤可以得到石墨烯(rGO)[14].文献报道[13,15-16],通过g-C3N4的前驱物与GO溶液混合处理,然后高温煅烧的方式得到g-C3N4/rGO复合材料.本文以三聚氰胺和氧化石墨烯颗粒为原材料,通过直接研磨负载、氮气保护气氛下煅烧的合成方法制备了石墨相氮化碳-石墨烯(g-C3N4/rGO)复合光催化剂.主要采用TEM、XRD、PL等对光催化剂进行表征,研究了其在模拟太阳光下对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能.还考察了添加叔丁醇(TBA)和三乙醇胺(TEOA)后对g-C3N4/rGO光催化罗丹明B体系的影响.1实验部分1.1试剂与仪器高锰酸钾、浓硫酸、叔丁醇(TBA)、三乙醇胺(TEOA)等试剂均为分析纯,石墨粉(含碳量≥99.9%)、过氧化氢(30%)均购自广州化学试剂公司,罗丹明B(CP,天津市大茂化学试剂厂);无水乙醇(AR,天津市致远化学试剂有限公司);三聚氰胺(99%,上海凌峰化学试剂有限公司).500W氙灯(北京纽比特科技有限公司);气氛保护程控箱式炉(杭州卓驰仪器有限公司, QSXL-1008);超声波清洗仪(宁波新芝生物科技股份有限公司);分光光度计(V5000型上海元析仪器有限公司);X射线粉末衍射仪(德国Bruker, BRUK ER D8ADV ANCE);傅立叶红外光谱仪(美国热电尼高力,Nicolet 6700);UV-Vis漫反射光谱(日本,U-3010,HITACHI);透射扫描电镜(日本,JEM-2100JEOL);荧光光谱分析仪(日本, HitachiF-4600fluorescence spectrometer).1.2实验方法1.2.1氧化石墨烯(GO)的制备以石墨粉为原材料,采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯.在冰水浴条件下,将一定量的石墨粉缓慢分散到23mL浓硫酸中,再缓慢加入一定量的高锰酸钾,搅拌直至全部溶解.在密封条件下超声6h.然后缓慢加入46mL 去离子水继续搅拌至溶液变黄,静止15min,接着缓慢加入140mL去离子水和10mL 30%的H2O2的混合溶液,边加边搅拌,溶液变成亮黄.静置一夜后抽滤,并用2%的盐酸溶液清洗,最后用去离子水洗涤几次.最后将滤出物在真空干燥6h,即得到氧化石墨烯.1.2.2石墨相氮化碳(g-C3N4)的制备将5g三聚氰胺放入坩埚中盖好盖子,放入氮气气氛保护程控箱式炉中,按2.2℃/min的升温程序加热到550℃反应4h得到黄色的产物.即为石墨相氮化碳(g-C3N4).1.2.3g-C3N4/rGO的制备取5g三聚氰胺和不同量的GO颗粒,在研钵中加入少量乙醇后研磨均匀,烘干去除无水乙醇后转移到带盖的坩埚中,然后放入氮气气氛保护程控箱式炉中按2.2℃/min的升温程序加热到550℃反应4h.最后得到的固体研磨成粉末状即为g-C3N4/rGO.将制备的不同rGO量的g-C3N4/rGO复合物标记为g-C3N4/rGO (n%),n是最初加入的GO与三聚氰胺的质量百分比.1.2.4g-C3N4/rGO光催化实验用500W氙灯为模拟太阳光光源,通过降解罗丹明B溶液(RhB,10mg/L)来评价催化剂的活性.具体操作如下:0.1g催化剂分散在200mL的RhB溶液中,光照前暗态下搅拌30min,达到吸附脱附平衡.间隔一定时间取一定量溶液过0.45µm的有机滤膜后检测波长554nm处测定吸光度.500w氙灯78321 654图1 实验装置示意Fig.1 Schematic of experimental apparatus1.磁力搅拌器2.转子3.光化学反应器4.灯罩5.500W氙灯6.镇流器7.循环水泵8.自来水2结果与讨论2.1g-C3N4/rGO的形貌分析图2 为GO、g-C3N4和g-C3N4/rGO的TEM3期尹 竞等：g-C3N4/石墨烯复合材料的制备及光催化活性的研究 737图片.从图2(a)中可以看出GO呈现二维薄纱状结构,表面具有褶皱和卷曲.这些皱褶则可以形成众多的纳米孔道和孔穴,从而使得石墨烯具有大的比表面积.图2(b)可看到g-C3N4为明显层状堆垛结构.相比g-C3N4, g-C3N4/rGO(2%)复合物显然具有更紧密的层状堆垛结构(图2c).这是因为经过聚合作用后,石墨烯层被夹杂在g-C3N4层中间,形成一种类似三明治的结构[16].abc图2 GO(a)、g-C3N4(b)和g-C3N4/rGO(c)的TEM图Fig.2 TEM images of GO (a), g-C3N4(b), g-C3N4/rGO (c)2.2g-C3N4/rGO的XRD分析图3为GO、g-C3N4和g-C3N4/rGO(2%)的XRD谱图.从GO的谱图可以看出,在2θ= 9.23°处存在一个较强的衍射峰,该峰是单层石墨烯氧化物平面内的空间特征衍射峰,对应的是GO的(001)晶面.另外,在2θ =18.5°处有一个较弱的衍射峰, 可能是未被完全氧化石墨的(002)衍射峰导致的[17].在g-C3N4的谱图中,出现了两个峰, 2θ = 13.30°处的弱峰归属于g-C3N4的(100)晶面,是由平面结构内的堆垛单元所引起.2θ=27.40°处的较强峰对应的是g-C3N4的(002)晶面,是由芳香环的堆垛所形成.而g-C3N4/rGO(2%)复合光催化剂的衍射图谱几乎与g-C3N4的谱图完全一致,引入rGO没有影响g-C3N4的晶型和结构.10203040 50 60 强度2θ(°)GOg-C3N4g-C3N4/rGO图3 GO、g-C3N4和g-C3N4/rGO的XRD图Fig.3 XRD patterns of GO, g-C3N4and g-C3N4/rGO 2.3g-C3N4/rGO的FT-IR分析图4为GO、g-C3N4和g-C3N4/rGO(2%)的FT-IR谱图.可以看出, GO位于1031、1154、1615和1715cm−1的特征吸收峰分别归属于C–O 伸缩振动,C–O–C振动,边缘COOH基团中C=C 骨架振动和O=C–OH伸缩振动.在3000~3700cm-1范围内较宽的吸收峰,对应的是GO边缘–OH伸缩振动峰,GO吸附的H2O对此峰也有贡献[8].对于单一g-C3N4,在803cm−1处归属于g-C3N4三嗪环的骨架振动特征峰,在1200~1650cm-1之间的吸收带归属于g-C3N4中杂环上C–N和C=N的振动特征峰.而对于g-C3N4/rGO(2%),只有g-C3N4的特征峰在g-C3N4/rGO谱图上可以看到,却没有GO的C–O、C=O和O=C–OH振动峰,说明GO被还原为rGO[13].738 中 国 环 境 科 学 36卷1000 1500 2000250030003500透射率(%)波数(cm -1)GOg-C 3N 4g-C 3N 4/rGO图4 GO 、g -C 3N 4和g -C 3N 4/rGO 的FT -IR 谱图 Fig.4 FT -IR spectrum of GO, g -C 3N 4and g -C 3N 4/rGO2.4 g -C 3N 4/rGO 的紫外-可见漫反射光谱 图5为g -C 3N 4和g -C 3N 4/rGO(2%)的紫外-可见漫反射光谱.可以看出,相比于g -C 3N 4,g -C 3N 4/rGO(2%)复合物的吸收边带发生了红移,这说明引入rGO 后,提高了g -C 3N 4/rGO(2%)复合材料可见光的利用率.其原因是在热反应过程中,GO 表面的含氧基团(如−OH, −COOH )使得g -C 3N 4和rGO 之间形成了C -O -C 化学键[13]. 另外,C 原子的存在减少光的反射,导致在可见光区域有广泛的背景吸收[3]. 300 400 500600700 8000.00.2 0.4 0.60.81.0 1.21.4吸光度波长(nm)g-C 3N 4g-C 3N 4/rGO 图5 g -C 3N 4和g -C 3N 4/rGO 的UV -Vis DRS 谱图Fig.5 UV–Vis DRS of g -C 3N 4and g -C 3N 4/rGO2.5 g -C 3N 4/rGO 的光致发光光谱 光致发光光谱是复合光催化剂中电子迁移和分离效率的有效表征手段.从g -C 3N 4和g -C 3N 4/rGO(2%)的光致发光光谱图(图6)中可以看出,g -C 3N 4和g -C 3N 4/rGO(2%)的出峰位置都是在460nm 附近,此峰归属于g -C 3N 4内部三嗪结构的π-π*轨道的电子跃迁.但是与g -C 3N 4相比, g -C 3N 4/rGO(2%)复合物发光特征峰的强度大大降低,说明其内部存在快速的光生载流子的迁移和分离.g -C 3N 4被光激发后,光生电子被快速地转移到rGO,加快了光生电子-空穴对的分离,从而提供了更多的空穴来参与光反应.350400450500 550 6005001000150020002500g-C 3N 4/rGO强度(a .u )波长(nm) g-C 3N 4图6 g -C 3N 4和g -C 3N 4/rGO 的PL 谱图 Fig.6 PL of g -C 3N 4and g -C 3N 4/rGO2.6 光催化活性分析 从图7可以看出,在180min 时间内,RhB 溶液的直接光解几乎为0.对于单一g -C 3N 4, RhB 的降解率大约为24.1%.而g -C 3N 4/rGO(2%)复合材料在相同时间内对RhB 的降解率达到了67.3%,与单一g -C 3N 4相比提高了43.2%.这是由于g -C 3N 4与rGO 复合后,光激发产生的电子迅速从g -C 3N 4的导带转移到rGO 上,促进了光生电子-空穴对的有效分离,从而提高了其光催化效率. 此外,根据一级动力学拟合催化反应的动力学常数,g -C 3N 4/rGO(2%)光催化降解RhB 反应的动力学常数(k = 0.0059min -1)是单一g -C 3N 4(k = 0.0015min -1)的3.93倍.从图8可以看出,模拟太阳光下照射180min 后,质量百分比为1%,2%和3%的g -C 3N 4/rGO 对RhB 的降解率分别为49.3%, 67.3%和38.7%,比单一g -C 3N 4分别高25.2%, 43.2%和14.6%.而4%的g -C 3N 4/rGO 对RhB 的降解率却只有20.8%,比单一g -C 3N 4还低3.3%.这可能是由于过量的rGO 吸收了大部分的入射可见光,影响了g -C 3N 4对光的吸收和利用.因此, 适当的rGO 负载量可以有效地提高g -C 3N 4/rGO 的光催化活性. 除了光催化活性,稳定性是光催化剂另一个需考虑的重要因素.图9是循环使用4次的g -C 3N 4/rGO(2%)光催化降解RhB 的去除率.从图9可以看出g -C 3N 4/rGO(2%)复合光催化剂经3期尹 竞等：g -C 3N 4/石墨烯复合材料的制备及光催化活性的研究 739过4次循环使用过后,180min 内RhB 的去除率只有轻微下降,展现出较好的光稳定性.-30 0 30 6090120150180C /C 0时间(min)图7 g -C 3N 4、g -C 3N 4/rGO 模拟太阳光催化降解RhBFig.7 Photodegradation of RhB by g -C 3N 4 andg -C 3N 4/rGO under simulated sunlight-30 0 30 6090120150180C /C 0时间(min)图8 不同石墨烯量(1%, 2%, 3%和4%)的g -C 3N 4/rGO光催化降解RhB 对比Fig.8 Photodegradation of RhB by g -C 3N 4/rGO withdifferent content of rGO (1%, 2%, 3% and 4 %)1 2 340.00.10.20.30.40.50.60.7降解率(%)次数图9 循环使用4次的g -C 3N 4/rGO 光催化降解RhB 的去除率Fig.9 RhB removal rate by g -C 3N 4/rGO of photocatalytic reaction for four cycles2.7 光催化机理分析为了研究g -C 3N 4/rGO 对RhB 的光催化机理,分别在光催化体系中添加叔丁醇(TBA)和三乙醇胺(TEOA)作为自由基捕获剂和空穴捕获剂.结果如图10所示,加入TBA 后,在180min 内g -C 3N 4/rGO(2%)对RhB 的降解率只下降了7%,而加入TEOA 后,180min 内,扣除吸附背景后RhB 降解率只有9.4%.这说明在g -C 3N 4/rGO 光催化RhB 体系中,光生空穴对RhB 进行氧化降解起主要作用.-30306090 120 150 1800.30.40.50.60.70.80.91.0C /C 0时间(min)图10 捕获剂对g -C 3N 4/rGO 复合物光催化活性的影响 Fig.10 Photodegradation of RhB by g -C 3N 4/rGO in thepresence of trapping agents3 结论3.1 UV -Vis DRS 谱图说明g -C 3N 4/rGO(2%)的吸收边带红移,增加了可见光利用率;光致发光光谱图结果显示,相比单一g -C 3N 4, g -C 3N 4/rGO(2%)谱图上发光特征峰的强度大大降低,说明其内部存在快速的光生载流子的迁移和分离,进而提高了g -C 3N 4/rGO 的光催化活性.3.2 在添加叔丁醇(TBA)和三乙醇胺(TEOA)后, g -C 3N 4/rGO(2%)光催化活性均有所降低.但是在添加TEOA 后光催化活性下降明显,表明在g -C 3N 4/rGO(2%)光催化体系中,光生空穴是主要活性物质.3.3 制备了4种不同石墨烯量(1%,2%,3%和4 %)的g -C 3N 4/rGO 样品,结果g -C 3N 4/rGO(2%)的光催化活性最好,表明适当的rGO 负载量可以有效地提高g -C 3N 4/rGO 的光催化活性.740 中国环境科学 36卷3.4 g-C3N4/rGO(2%)复合光催化剂经过4次循环使用过后,180min内RhB的去除率只有轻微下降,展现出良好的光稳定性.参考文献：[1] 张金水,王博,王心晨.氮化碳聚合物半导体光催化 [J]. 化学进展, 2014,26(1):19-29.[2] 冯骞,施明杰,操家顺.钒酸银改性二氧化钛制备及其可见光光催化性能研究 [J]. 中国环境科学, 2015,35(11):3317-3324.[3] 朱冬韵,廖高祖,唐仲豪,等.二氧化钛石墨烯光催化降解草酸的研究 [J]. 华南师范大学学报, 2015,47(2):67-71.[4] 冯西平,张 宏,杭祖圣. g-C3N4及改性g-C3N4的光催化研究进展 [J]. 功能材料与器件学报, 2012,18(3):214-222.[5] Liao G Z, Zhu D Y, Li L S, et al. 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gC3N4光催化性能的研究进展
gC3N4光催化性能的研究进展一、本文概述1、介绍gC3N4的基本性质和应用背景。
石墨相氮化碳（gC3N4）是一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构和物理化学性质，在光催化领域引起了广泛关注。
gC3N4具有类似于石墨烯的层状结构，但其组成元素为碳和氮，而非石墨烯中的纯碳。
这种结构赋予了gC3N4良好的化学稳定性和独特的光学特性。
在光照条件下，gC3N4能够有效吸收光能并转化为化学能，从而驱动光催化反应的发生。
近年来，随着环境污染问题的日益严重和能源需求的不断增长，光催化技术作为一种高效、环保的能源转换和污染物治理手段，受到了广泛研究。
gC3N4作为一种性能优异的光催化剂，在光解水产氢、有机物降解、二氧化碳还原等方面展现出巨大的应用潜力。
gC3N4还具有原料来源广泛、制备工艺简单、成本低廉等优点，使得其在光催化领域的应用前景十分广阔。
因此，对gC3N4光催化性能的研究不仅有助于推动光催化技术的发展，也为解决当前的环境和能源问题提供了新的思路和方法。
本文将对gC3N4光催化性能的研究进展进行综述，以期为相关领域的研究提供参考和借鉴。
2、阐述光催化技术的重要性和gC3N4在光催化领域的研究意义。
光催化技术，作为一种高效、环保的能源转换方式，近年来受到了广泛的关注和研究。
该技术利用光能激发催化剂产生电子-空穴对，进而驱动氧化还原反应的发生，实现光能向化学能的转换。
这种技术不仅可以在太阳能利用、环境治理、有机物合成等领域发挥重要作用，而且对于推动可持续发展和绿色化学的发展具有重要意义。
在众多光催化剂中，石墨相氮化碳（gC3N4）因其独特的结构和性质，成为了光催化领域的研究热点。
gC3N4是一种非金属半导体材料，具有合适的禁带宽度、良好的化学稳定性和丰富的表面活性位点，这些性质使得gC3N4在光催化领域具有广阔的应用前景。
gC3N4的制备原料丰富、成本低廉，且制备方法多样，这为其在实际应用中的推广提供了有力支持。
超声协同g-C3N4光催化降解罗丹明B的研究
超声协同g-C 3N 4光催化降解罗丹明B 的研究赵福友,金泽睿,曹帅杰,苏家豪,杨晓华,谢元华,由美雁(东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819)[摘要]采用高温热解法制备石墨相氮化碳,采用XRD 对制备样品进行表征,并将g-C 3N 4催化剂用于超声协同下光催化降解罗丹明B 。
探究了超声与光催化对降解罗丹明B 的协同作用,以及超声功率、溶液初始pH 、光催化剂浓度和罗丹明B 初始浓度等对罗丹明B 降解效果的影响,对催化剂的循环催化性能进行了测试,并对超声协同光催化降解罗丹明B 的主要活性物质和机理进行讨论。
结果表明:超声功率为300W ,溶液初始pH=4,g-C 3N 4质量浓度为4g/L ,罗丹明B 初始质量浓度为15mg/L 时,对罗丹明B 的降解效率最佳,100min 去除率能达到近100%,且主要活性物质为·OH 和·O 2-。
[关键词]光催化氧化;超声协同;g-C 3N 4;罗丹明B[中图分类号]X703.1[文献标识码]A[文章编号]1005-829X (2021)01-0113-05Degradation rhodamine B by ultrasond coupled with g-C 3N 4photocatalysisZhao Fuyou ,Jin Zerui ,Cao Shuaijie ,Su Jiahao ,Yang Xiaohua ,Xie Yuanhua ,You Meiyan(School of Mechanical Engineering and Automation ,Northeastern University ,Shenyang 110819,China )Abstract :The g-C 3N 4was prepared by high ⁃temperature pyrolysis method and analyzed by XRD.The degradation ofRhB was catalyzed by combining ultrasound and photocatalysis reaction with catalyzer g-C 3N 4.The effects of reactionconditions such as ultrasound coupled with photocatalysis ,power of ultrasound ,pH of initial concentration ,concen ⁃tration of photocatalyst and initial concentration of RhB on degradation were investigated.The catalyst ’s cyclic cata ⁃lytic performance was tested.The main active substances and mechanism of RhB degradation by combining ultrasound and photocatalystis reaction were discussed.The results showed that the optimal condition for nearly 100%degrada ⁃tion within 100min illuminating were ultrasonic power of 300W ,pH=4,g-C 3N 4concentration of 4g/L ,and RhB initialconcentration of 15mg/L.And the main active substances were ·OH and ·O 2-.Key words :photocatalytic oxidation ;ultrasonic synergy ;g-C 3N 4;RhB随着我国印染行业的迅速发展,具有成分复杂、难降解物质多、色度大、有毒特点的印染废水的处理已成为行业难题〔1-2〕。
ZIF-8g-C3N4复合材料光催化性能研究进展
第35卷第1期2021年1月天津化工Tianjin Chemical IndustryVol.35No.1Jan.2021ZIF-8/g-C3N4复合材料光催化性能研究进展张姝沁,彭龙新，许雪源,刘建栋,杨宇杰,张梦,陈萍华*("昌航空大学环境与化学工程学.，江西"昌330063)摘要：石墨相氮化碳(g-C s Nj是一种典型的聚合物半导体非金属光催化剂。
ZIF-8作为类沸石咪R 骨架材料(ZIFs)的典型代表，具有良好的水热及化学稳定性，且具有较大的比表面积。
由于两者独特的性能,对两者复合光催化剂的研究也日益增加。
本文介绍了ZIF-8/g-C3N(复合材料对于光催化的意，对复合材料的了。
关键词：ZIF-8/g-C3N(；光催化；复合材料;研究进展doi:10.3969/j.issn.1008-1267.2021.01.018中图分类号:TQ042文献标志码:A文章编号：1008-1267(2021)01-0055-03Research progress of ZIF-8/g-C3N4composite in photocatalytic properties ZHANG Shu-qin,PENG Long-xin,XU Xue-yuan,LIU Jian-dong,YANG Yu-jie,ZHANG Meng,CHEN Ping-hua*(Department ofChemic$andEnvironmental Engineerings NanchangHangkong UniversNanchang J iangxi^330063) Abstract:Graphite phase carbon nitride(g-C3N()is a typical polymersemiconductor non-metallic photocatalyst. ZIF-8,as a typical zeolitelike imidazole skeleton material(ZIFs),has good hydrothermal and chemical stability,and a large specific surface area.Due to their unique properties,the research on their composite photocatalysts is also increasing.In this paper,the significance and progress of ZIF-8/g-C3N4composite are introduced and the application prospect of the composite is prospected.Key words：ZIF-8/g-C3N4；photocatalysis;composites;research progress1引言石墨相氮化碳（g-C3N（）作为一种新型非金属光催化剂，具有制备方法简单、稳定性、0光催化领域，如还原COH、光催化裂解水氢、光解有［2］光解水［3］,能化方具有的研究空。
g-C3N4薄膜材料的用途分析
g-C3N4薄膜材料的⽤途分析⽯墨相氮化碳(g-C3N4)是⼀种新型的⾮⾦属n型半导体光催化材料，因其具有良好的化学稳定性、结构和性能易于调控、原材料成本低易合成、独特的⼆维层状结构和良好的可见光响应⽽备受关注，是⼀种很有前途的催化材料和能源应⽤型光催化剂。
其结构中的C和N原⼦以sp2杂化形成⾼度离域的π共轭体系。
g-C3N4的禁带能量约为2.7 eV，吸收边约为460 nm，可以吸收可见光。
但⽬前常见的块状g-C3N4具有⽐表⾯积⼩、光⽣载流⼦复合过快、可见光吸收范围窄以及量⼦效率低等不⾜，致使其光催化性能仍有缺陷。
相关研究⼈员也通过多种⽅式对g-C3N4进⾏改性和优化研究，以提⾼可见光催化性能。
三聚氰胺是⼀个三嗪（三个氮作为杂原⼦的苯）的结构，每个碳上的氢被⼀个氨基取代。
之所以以前在奶粉中掺杂三聚氰胺，是看重了其⾼含氮量与价格低廉的优点。
g-C3N4是通过三聚氰胺等聚合⽽成的，商业上⽤来做涂层，也被报道是⼀种很好的储氢材料。
近年来发现这种结构的特殊的材料并不简单，其N原⼦与C原⼦之前有π电⼦云的重叠，形成⼀个⼤的⼆维平⾯π共轭结构（虽然N的杂化是三⾓锥型的，但其与C的共轭使其处于同⼀平⾯，具有⼀定的张⼒），层与层之间通过C、N极性的相互吸引⽽具有较强的稳定性（不像⽯墨烯全是C、C相互作⽤）。
这种⼤π电⼦云相互作⽤使其成为⼀种带隙较窄的半导体，是⼀种很好的光吸收剂。
当光照射到其上，电⼦会从基态激发到激发态，产⽣空⽳和光⽣电⼦。
在助催化剂作⽤下，空⽳可以起氧化作⽤，光⽣电⼦可以起还原作⽤，从⽽可以应⽤到如CO2还原、光催化分解⽔等领域。
当前C3N4薄膜⽅⾯的⽂献还⽐较少，⽬前⾼性能材料如III-V族半导体可实现⾼效太阳能到化学能的转换，但稳定性和⾼成本是存在的问题。
可持续性材料有的吸光性差，如TiO2，有的传导性差，如Fe2O3. 对于光阳极来讲，⽬前BiVO4因其相对较强的太阳光吸收和较好的载流⼦传到成为其中的佼佼者。
石墨相氮化碳（g-C3N4）光催化分解水制氢材料的研究进展
石墨相氮化碳（g-C3N4）光催化分解水制氢材料的研究进展刘景海;李鑫;包沙日勒敖都;唐如玲;张良;段莉梅【摘要】石墨相氮化碳（g-C3N4）具有环境友好、组成元素含量丰富、原料廉价和可规模化制备等优势，成为可见光半导体材料研究的重点。
本文从g-C3N4的掺杂、纳米尺度形貌控制、构筑多孔结构、表面异质结和组装析氧活性电催化剂等角度概述了相关的研究进展。
%Graphitic Carbon Nitride(g-C3N4)has attracted intensive research interests, due to the excellent charac-teristics of environmental-friendly, earth-abundant building elements, low-cost raw materials and large-scale pro-duction. In this review, we present the developed strategies of bulk doping, exfoliation to nanoscale, introducing po-rosity and fabricating surface junction to improve the activity,which would provide inspiration and ideas for develop-ing novel routes to advance the g-C3N4 photocatalysts.【期刊名称】《内蒙古民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P14-17)【关键词】光催化分解水;石墨相氮化碳;活性和稳定性;缺陷;电子传递【作者】刘景海;李鑫;包沙日勒敖都;唐如玲;张良;段莉梅【作者单位】内蒙古民族大学化学化工学院，内蒙古自治区天然产物化学与功能分子合成重点实验室，内蒙古通辽028000; 内蒙古民族大学功能材料研究所，内蒙古通辽028000;内蒙古民族大学化学化工学院，内蒙古自治区天然产物化学与功能分子合成重点实验室，内蒙古通辽028000;内蒙古民族大学化学化工学院，内蒙古自治区天然产物化学与功能分子合成重点实验室，内蒙古通辽028000;内蒙古民族大学化学化工学院，内蒙古自治区天然产物化学与功能分子合成重点实验室，内蒙古通辽028000;内蒙古民族大学化学化工学院，内蒙古自治区天然产物化学与功能分子合成重点实验室，内蒙古通辽028000;内蒙古民族大学化学化工学院，内蒙古自治区天然产物化学与功能分子合成重点实验室，内蒙古通辽028000; 内蒙古民族大学功能材料研究所，内蒙古通辽028000【正文语种】中文【中图分类】O613.711 概述本综述从发展可见光活性半导体光催化分解水制氢材料的角度，首先概括了可见光活性半导体光催化材料、分类和新兴材料.然后，介绍新型石墨相氮化碳光催化材料，重点分析了提高其光电流响应和光催化分解水制氢活性的几种调制途径，包括体相掺杂、引入多孔结构、制备纳米尺度形貌及构筑表面异质结.最后，从界面调制水氧化途径角度展望了负载析氢和析氧双催化活性位点来实现光催化分解水产氢的活性和稳定性提高的设计.2 可见光活性半导体光催化材料太阳光高效利用的半导体材料是光催化分解水制氢技术发展的关键和根本.以TiO2或SrTiO3为代表的紫外光利用的半导体材料已经取得了充分的发展〔1,2〕.但是，太阳光光谱中紫外光的成分占5%，可见光的成分占46%，其余的为红外光.所以，从高效太阳光利用的角度出发应该探索具有吸收长波段太阳光的半导体材料，其中，可见光活性的半导体材料是当前光催化半导体材料发展的重点.该类材料的发展可分为三类，第一类是掺杂的途径把半导体的光响应从紫外光区拓展到可见光区，例如，使用阴离子（N,C）和阳离子（Ti3+）参杂的TiO2〔3〕，镍（Ni）参杂的InTaO4〔4〕.第二类是通过与宽带隙的半导体形成固溶体的途径构筑可见光响应半导体，例如，GaN：ZnO形成的氧氮固溶体（Ga1-xZnx）（N1-yOy）具有可见光响应，且半导体的带隙可以通过Zn的含量来调控〔5〕.MInS2（M=Cu,Ag）与ZnS形成硫化物二元或三元固溶体，其中CuInS2-AgInS2-ZnS三元固溶体的吸收边拓展到700 nm〔6〕.第三类是新型的可见光响应的半导体材料，例如，Ag3PO4〔7〕，黑色纳米 TiO2〔8〕，氮化碳（g-C3N4）〔9〕.3 石墨相氮化碳材料及结构调制与光催化分解水制氢g-C3N4是由碳氮元素组成的杂环作为重复结构单元，具有类石墨层状聚集结构，不溶于水，化学和光化学稳定，吸收可见光（吸收边为445 nm），带隙为2.7eV且导带（CB）和价带（VB）的电化学电势热力学上可用于分解水.该材料可以通过含氮有机小分子（氰胺，二氰胺）在一定气氛下高温缩聚反应获得〔10〕.最近，笔者也发明了一种简单热解尿素的方法制备了g-C3N4，该方法在常压下反应且无须调节反应气氛〔11〕.但是，g-C3N4每层呈无定形织构，结晶度不高，层上缺陷多（domain and grain boundary）,电子传递（电导性）性能差，从而导致其光电流响应和光催化分解水制氢活性很低，而通过掺杂调制、引入多孔结构、控制纳米尺度形貌以及构筑表面异质结等方法可以提高g-C3N4材料的光解水产氢活性.3.1 掺杂调制g-C3N 4导电性通过掺杂在边缘或层间引入传导单元来提高电子传递性能和光电流响应.Yuanjian Zhang等通过强酸质子化和磷（P）掺杂来提高g-C3N4导电性和光电流，表面酸化处理后g-C3N4导电性提高了近10倍〔12〕，P掺杂后电导提高了4倍〔13〕.石墨烯（graphene）与g-C3N4通过π-π相互作用插入g-C3N4层间的非共价掺杂策略也提高其导电性和光电流响应，研究结果表明，石墨烯含量低于1 wt%和0.4V偏压下，g-C3N4光电流提高了3倍〔14〕.Lizhi Zhang等〔15〕通过引入乙醇作为碳前驱体实现了g-C3N4的碳自掺杂，电化学阻抗测试结果表明碳自掺杂提高g-C3N4的导电性.3.2 引入多孔结构增加载流子传递通过多孔结构的构筑来增加与水接触界面的比表面积，从而增加光生电子到表面的传递.Xiufang Chen等〔16〕使用SBA-15作为硬模板合成了具有有序介孔结构的g-C3N4,光催化分解水产氢活性比体相材料提高了5倍.Xinchen Wang等〔17〕比较了具有不同比表面积的介孔结构g-C3N4的光催化分解水产氢活性.结果表明增加比表面积可以提高产氢活性，但不是简单的递增关系，这可能是由于大比表面积会增加g-C3N4的结构缺陷，从而不利于电子传递和光电流.Guohui Dong等〔18〕研究了多孔结构对g-C3N4光反应活性的影响，结果表明多孔结构使光电流和光还原CO2活性减小，使光氧化降解有机物活性提高.在前期的基础研究中，发现了不同分子前驱体热解制备的g-C3N4具有不同的比表面积〔19〕，由尿素热解生成的多孔g-C3N4的光催化分解水制氢活性最高，是硫脲（thiourea）热解产物的3.1倍，是双氰胺（dicyandiamide）热解产物的2.1倍.3.3 控制纳米尺度形貌来提高光电流和光催化分解水制氢能力除多孔结构外，g-C3N4纳米结构也用来增加比表面积.Gang Liu等〔20〕通过空气中高温热氧化刻蚀体相g-C3N4制备了g-C3N4纳米片，结果表明该二维（2D）纳米片的比表面积比体相提高了6倍，在-10V到10V的I-V电导测试结果表明纳米片具有半导体导电特性，而体相材料检测不到导电性.Xin-Hao Li等〔21〕使用阳极氧化铝（AAO）模板孔道的局域效应来提高g-C3N4纳米棒的聚集程度和结晶度，结果表明，结晶度提高光电流响应，使光解水产氢活性提高7倍，同时具备催化水氧化析出氧气的能力.3.4 构筑表面异质结来促进光生载流子分离在g-C3N4的表面构筑异质结可以提高光生电子-空穴的分离.Hongjian Yan等〔22〕通过P3HT与体相g-C3N4复合形成异质结来提高光解水产氢活性，结果表明，复合3wt%P3HT后g-C3N4光催化制氢活性提高了300倍.Jinshui Zhang 等〔23〕通过分步热聚合双氰胺和硫脲前驱来制备不同电子结构和聚合程度的g-C3N4异质结（CN/CNSheterojunction）,结果表明该异质结提高CN的光电流和光催化分解水制氢活性.3.5 界面负载水分解电催化剂（OEC）来调控水氧化4e过程在研究中发现〔24〕，在可见光照射和无牺牲剂条件下，Pt沉积的g-C3N4（Pt-g-C3N4）能够分解水产生氢气和过氧化氢（H2O2）.生成的吸附态H2O2使Pt-g-C3N4光催化分解水产氢失活，而吸附态H2O2分解后Pt-g-C3N4光催化分解水产氢的活性恢复.基于以上的发现，可以通过在g-C3N4的界面负载析氧活性电催化剂（Oxygen Evolution Catalysts,OEC）来调制水氧化动力学路径和产物，从而消除吸附态过氧化氢对光催化分解水制氢活性和稳定性的影响.Qiushi Yin等〔25〕制备了具有稳定氧气析出活性的杂多酸〔Co4（H2O）2（PW9O34）2〕10-（Co-POM）水溶性分子电催化剂，该Co-POM负载到g-C3N4已证明具有高的电催化氧气析出活性（Turnover Number,TON）〔26〕.4 观点和展望原理上，可以利用该Co-POM来调控g-C3N4与水界面反应，抑制过氧化氢生成.铂（Pt）纳米颗粒是经典的析氢电催化剂（Hydrogen Evolution Catalysts,HEC）.纳米结构Mo2C〔27〕和NiMoNx〔28〕是具有高氢气析出活性的非贵金属电催化剂.因此，可以设计在g-C3N4界面负载析氢和析氧双催化活性位点来实现提高光催化分解水产氢的活性和稳定性的目的.参考文献【相关文献】〔1〕Kudo A，Miseki Y.Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting 〔J〕,Chem Soc Rev，2009,38:253-78.〔2〕Osterloh FE.Inorganic 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安徽建筑大学2019年度省级大学生创新创业训练计划项目立项
安徽建筑大学2019年度省级大学生创新创业训练计划项目立项附件2：安徽建筑大学2019年度省级大学生创新创业训练计划项目立项一览表序号项目名称项目类型所属学院项目组成员指导老师备注1毫米波雷达汽车车头新型防撞装置创新训练项目环能学院洪杨晗秋、任忠涛、王业山、李帅帅夏军2城市道路智能划线机造型设计创新训练项目机电学院武绍华、李旭、随星星任陆军、马玉平3新时代的互联网“社区通”平台构建创新训练项目公管学院裴新雅、杨赫宸、王娅琴、钱锐王敏4安徽中辰智能科技有限公司创业实践项目数理学院史晗国、汪旭、王国涛陈剑锐、王佳佳5陋室铭自习室创业训练项目经管学院汤慕习、李迪迪彭志胜6易海双创平台创业训练项目经管学院吴昊天、郭滨瑞、张安杰汤伦7基于目标识别和声源定位的智能家居摄像头研究创新训练项目数理学院王亚男、方淑萍、周志糠胡园园、张学勇8城市历史文化纪念性公园改善游客心理健康程度研究——以包公园为例创新训练项目建规学院蒋园、陆超、郑小康姚玉敏9PVA基扩散渗析膜的制造及应用创新训练项目材化学院徐正丽、陶阳、王善、王远路程从亮10运用遥感技术研究街道绿化对大气TSP含量的影响——以南京xxx街道为例创新训练项目建规学院刘嘉惠、黄蕾萌、蔡晓青、刘健李改维11基于乡村振兴战略下的合肥传统建筑的保护利用创新训练项目建规学院葛志洋、崔俊杰、徐露、杨宏程邓宇宁12秸秆生物质燃料的燃烧特性研究创新训练项目材化学院司文娣、纪妍、崔丹丹、韩宏明陈少华13水性聚氨酯荧光染料制备与性能研究创新训练项目材化学院任汝伟、罗文星、杨北学胡先海14合肥老城区老旧小区改造研究创新训练项目土木学院李俊杰、罗斐然、陈哲、罗财俊季文媚15层状材料磷化硼光电性质的理论研究创新训练项目数理学院汤琦、季泰宇徐金荣16新媒体环境下安徽地方民俗画发展传播渠道研究创新训练项目经管学院程明智、许曼婷、孙梦祺何叶荣17太阳能在农村住宅建筑节能中的应用及运行经济分析研究创新训练项目土木学院李迎、黄忠杰、吴思敏鲍学芳18流浪书摊APP创业训练项目土木学院毛伟航、刘虹、江海天、鄢雪婷、蔡石闽李凯19智慧机场BIM运维管理系统调研——合肥新桥国际机场BIM运维管理系统创新训练项目经管学院阮红艳、汪峰、王旭、唐雅勤刘晓丹20文创衍生品的私人订制与研发创新训练项目艺术学院杨晓旭、陈金艳、潘雅欠、陈丽晴秦祯研21MR在红色文化书籍中的应用创新训练项目艺术学院王云虎、陈新、董欢欢、刘龙宇卜令峰、韩飞飞22VR家装一体化创新训练项目艺术学院陈泽、钟梦华、刘潇宇、王子建、范剑春范骏、张抗抗23有机配体对自旋翻转温度的调制作用创新训练项目材化学院吴昊、戴文轩、崔溥洋、孙泽天、李金龙黄静24TiO?/g-C3N4复合材料的制备及光催化性能研究创新训练项目材化学院徐李、詹璇、伍霆锋、陈科儒李燕25具有放射状孔道结构的二氧化硅核壳固定相的制备及其色谱分离性能创新训练项目材化学院万翔、蒋伟欣、王漩、牛玉红瞿其曙26CdS量子点（QDs）修饰二氧化钛管（TNTs）复合材料的制备和高效催化降解有机污染物应用研究创新训练项目材化学院孙丽琴、李晚宋小杰27g-C3N4纳米片层制备及光催化降解水环境中抗生素性能研究创新训练项目材化学院郭语妍、朱佳俊、金亮、张明李吴世彪28零价铁/石墨烯的制备及其对铬离子去除性能研究创新训练项目材化学院王少硕、陈海艳、张佩佩、蔡俊涛赵东林29可持续思维下的模块化婴童家具设计创新训练项目机电学院席俊玲、应慧于曈30城市街道景观色彩评估—以合肥中心城区为例创新训练项目建规学院何晴晴、钟可、邵成钰、黄旭聂玮31抗生素氧氟沙星对生物除磷效果的影响创新训练项目环能学院陈茂森、徐行、黄渊博、孙迅张华32亚铁离子对生物除磷过程中细胞内聚磷的影响创新训练项目环能学院张涵、杨源、赵成伟、杨洪涛张华33新型种植屋面的基质配比对雨水水质影响的研究创新训练项目环能学院邵醒醒、张一新、赵继鹏、孙振达朱曙光34新型壳聚糖基聚羧酸系高效混凝土减水剂研究创新训练项目材化学院范佳伸、向群、赵思思、林晨涛刘瑾35UIO-66 荧光探针的制备及性能研究创新训练项目材化学院葛鸿渐、刘勇、胡楚威王献彪36艺术专业学生性爱观调查研究——基于安徽省合肥创新训练项目艺术学院张雯卓、董巧遇、赵碧莹、戴辰阳江亚丽37废旧衣物改造及二次设计应用创业实践项目艺术学院吴青竹、李孟雪、张剑兰杨恩慧38基于传感器控制的自动伸缩衣架装置设计创新训练项目机电学院卢永奇、陈博宇、黄子宜、梁胜陈雪辉、李昊39孕期亲子互动监测创新模块化设计创新训练项目机电学院武绍华、李旭、随星星马玉平、任陆军40以VR为载体的对MOBA游戏硬件的创新设计创新训练项目机电学院张天宇、蒋勇杨柳、于曈41基于空间计量分析方法的生态网络建构研究——以合肥市为例创新训练项目建规学院王泽昊、陈奥男、汪婷婷、张颖王爱42多功能呼救震动敲打锤创新训练项目建规学院程瑞睿、陈德帅、王梓范、黄汪浩吴敏43美丽乡村建设规划及人居环境整治背景下农村改厕现状研究——以庐江冶父山镇为例创新训练项目建规学院汤雨婷、张苗、张田田、谢淑婷徐丽萍44实验室废液无害化处理方案研究创新训练项目材化学院惠腾、陶亚琦、金瑞、涂佳莹曹田45一种生物炭肥制备工艺研究创新训练项目材化学院许瑞龙、张余超、鲁艺、张明李葛业君46碳酸盐胶凝材料改性珊瑚骨料的制备创新训练项目材化学院杨尚敏、王军、石小伟、宋斌王爱国47双层氢氧化物La-Y-LDH的制备及其吸附磷的性能创新训练项目材化学院陈嘉晖、龚雪、张帅、朱永康谢发之48化学浴沉积法制备钒青铜薄膜创新训练项目材化学院杨俊、肖怡静、尹飞翔、董泽博徐海燕49基于小学英语教学现状，探究CLIL在小学低年级教学中的应用创新训练项目外语学院操逸凡、陈安妮张中50基于性别差异对女性情感化座椅的研究创新训练项目机电学院李晓鹏、陈元高娴、何平51循环输送式高楼快速逃生设备创新训练项目机电学院孙寅、张时骏、程黎明、何翔姚燕生52金负载磁性氧化物催化氧化碳烟颗粒创新训练项目环能学院张强、毕嘉瑞、薛健、郭祥瑞胡超53城市污水处理系统中微生物多样性研究创新训练项目环能学院赵锦康、王禹、刘荣捷、陈惬王莉54Sn掺杂MnNiFeO4的制备与性能研究创新训练项目材化学院章丽娜、刘涛、高凤阳、贺玉雯李栋才55CdS量子点（QDs）修饰石墨烯复合材料的制备和高效催化降解有机污染物应用研究创新训练项目材化学院薄智禹、廖国伟、朱福生宋小杰56化学浴沉积法制备电致变色氧化镍薄膜创新训练项目材化学院华恺、黄牛牛、韩腾腾、谢大明徐海燕57LBL自组装软质聚氨酯的性能研究创新训练项目材化学院杜艳平、王海明、钟震宇、蒋心徐文总58Pd/TiO2/MoS2/PS复合材料的制备及其光催化还原硝基苯创新训练项目材化学院罗婷匀、白宇卉、程正金、于志伟赵青春59基于Android的物联网+云服务智能渔场环境监测APP开发创新训练项目数理学院吴绪波、许磊、陈浩、张梦洋刘家保60大数据+云计算分布式海量AIS数据挖掘系统设计与研发创新训练项目数理学院林欣、王金玲、杜雨霁、魏敏、刘瑶瑶王佳佳61基于人体工学的新型网式溺水救援装备研究创新训练项目机电学院梁烁、李晓鹏、金宇轩高娴、杨柳62校园照明节能控制系统的设计创新训练项目机电学院杨涵、王俊磊、王文辉李海鲲、栾庆磊63智能枕头创新训练项目机电学院焦康、王猛珂、谢阿强、何恩运朱银锋64基于SD法及相关性分析的高架桥下植物景观视觉效果的研究——以合肥市高架桥为例创新训练项目建规学院张劭明、陈婉晴、刘昕怡、张弛吕荃65新型水中除氟纳米材料的制备与研究创新训练项目环能学院王晓燕、李静、姜东生、杨小米王健、朱曙光66水热法合成钼酸钇及其发光性能的研究创新训练项目材化学院李欣彤、陈习习、魏嘉慧、王后鑫任启芳67外场调控有序导向微孔基质膜制备及FO应用创新训练项目材化学院刘帅强、崔俊明、王慧雅、单富蓉王亚琴68一种新型可移动除尘净化装置创新训练项目材化学院王雪、吴振虎、陈茜茜、杨叶尉张虎69负载盐酸头孢替安PS微球的制备及应用研究创新训练项目材化学院陶亚琦、金瑞、惠腾、郐明月赵青春70一种检测粉末堆积角的试验装置设计研究创新训练项目机电学院王猛珂、陈思远、张微、梁杰何平、汪日光71基于声发射方法的金属构件损伤评估创新训练项目机电学院彭璐璐、薛俊鹏、任志国、王晶刘涛72e海吖自媒体平台创业训练项目机电学院杨文董、张良、谢帆唐黎、高娴73基于生态提升的城市生态廊道建设与优化研究创新训练项目建规学院方学恒、施倩、徐蕾、朱志强马明74美丽乡村建设规划及人居环境整治背景下对于“村村通”道路质量的调查研究创新训练项目建规学院左李雅、潘若怡、王雨、王子晴徐丽萍75基于代际融合下的老幼同乐新型养老模式探究创新训练项目建规学院穆恬恬、高幸、李雨琦、黄典银杨婷76基于谷歌遥感云计算平台的安徽省生态环境变化研究创新训练项目环能学院魏铭轩、袁静、张衡、王俊伟解华明77土壤重金属-农药复合污染物对植物生长影响及阻控机制创新训练项目环能学院吴香香、夏琨、方慧明、谭文韬张瑾78特殊精馏分离甲醇—苯共沸物的研究创新训练项目材化学院李方帝、年孟杰、吕逸阳、鲁梦雅陈广美79碱回收扩散渗析膜的制备及应用创新训练项目材化学院何旭、王善、王远路、屈诚程从亮80金属薄膜力学性能的尺寸效应研究创新训练项目材化学院柴润、戚军、郭俊豪、郝泽世胡坤、胡强飞81杂原子掺杂凹凸棒粘土脱硫吸附剂的开发创新训练项目材化学院周俊、肖京都、田景源、张炎、孔昊、安柏璁李菲菲82CuInS2/ZnO复合型光催化剂制备及对铬（Ⅵ）的去除创新训练项目材化学院张成明、方兴、郑贤贵王秀芳、张克华83中小型教室声环境检测及改进方案创新训练项目数理学院朱恩慧、李婷玉、王志成、张宏伟严飞84基于PM2.5、温度及光感检测的智能窗系统创新训练项目机电学院姬中堂、丁传骏、李晨宇朱广85“公交优先”的背景下BRT车道位置合理性调查——以金寨路BRT线路为例创新训练项目建规学院何庆、管政、方子尧、黄阳肖铁桥86多元主体下的城市街区微更新策略研究——以合肥市三孝口为例创新训练项目建规学院杨奉源、岳霆钰、许明亮、吴晨震左丹87基于RS的安庆市环境生态变化监测研究创新训练项目环能学院张赛赛、沈和昕、梅雅芳、王婵玉陈广洲88极端热负荷条件下基于PCM相变技术的新型散热片设计创新训练项目环能学院曹星航、舒爽、江远、刘威吕科锋89基于金属有机骨架的有机污染物固相萃取技术创新训练项目环能学院姜盈盈、唐孝强、谭小璇、王传琳唐建设90AI享—爱享校园创新训练项目经管学院刘曼、郑子琪、钱诗敏、王宇晶刘晓丹、张毅91磷酸银/硅藻土光催化材料制备及性能研究创新训练项目材化学院刘新宇、马时宇、韩梦丽、叶青丁益92混凝土模拟液中pH和氯离子浓度对2507不锈钢耐点蚀性能的影响创新训练项目材化学院王子峰、杨瑞、储宵宵、朱彪胡强飞、胡坤93孔道内壁修饰MOF的二氧化硅核壳固定相的制备创新训练项目材化学院苏博文、李盈盈、邱思佳、程姗姗瞿其曙94铁尾矿砂制备免烧砖的研究创新训练项目材化学院陈远忠、陈玉时、曹晓文、葛瑞锋任启芳95对三聚氰胺硼酸盐复配用于尼龙-66阻燃性性能的研究创新训练项目材化学院史诚芳、余双洪、尹存覃忠琼96钛酸钾纳米线的制备及其对低浓度铀离子的吸附性能研究创新训练项目数理学院沈云、任睿余江应97我校“学评教”评价结果真实性的探讨创新训练项目外语学院李雪梅、张泽宇、刘曼、李湃孙逸夫、胡方98新型助老座便自动伸缩装置创新训练项目机电学院郝帅、徐晨、黄子宜、鲍双龙李昊、陈雪辉99一种可以同时实现凿击和举升的格斗机器人创新训练项目机电学院朱齐、甄茂宇孙光灵100智能汽车无人驾驶避障系统创新训练项目机电学院王文辉、汪彤、丁以晴、李永生汪方斌101“RoMan计划”——岂止是咖啡创业训练项目建规学院张清怡、何良正、潘歆怡、王馨雅、张婧琳、岳霆钰左丹102珊瑚负载纳米粉复合材料的制备及光催化性能研究创新训练项目材化学院赵倩、王芯月、周游、胡梓豪李燕103基于语音识别的智能会议扩声系统与实时录播技术研究创新训练项目数理学院曹正、阮媛、朱莹莹、黄晨阳胡园园、张学勇104基于组学标志物识别方法研究创新训练项目数理学院纪珺洁、吴亚男、陈东旭、王传孟谢新平105智能立体车库控制系统设计创新训练项目机电学院朱鸿翔、李加政、崔仁颢、郑晨晨程秀芝106一种机床夹紧踢料装置设计研究创新训练项目机电学院陈志刚、程鸣驹、李万里、李旺旺何平、汪日光107复式楼层轨道爬楼装置创新训练项目机电学院康梦龙、季晨越、吴韩、王小涛李昊、陈雪辉108基于呵护家庭的智能机器人创新训练项目机电学院王奕、张文彬、沈俊杰、陆瑶赵为松109“租售同权”背景下城市住房问题与对策研究——基于合肥市租房市场调查分析创新训练项目公管学院石红霞、慕思雨、王其若、许东辉夏莲110乡村振兴背景下农村电商人才开发的ASD策略研究创新训练项目公管学院马婕菲、徐静、刘媛媛、方自强陈松林111关于银联支付盗刷问题的调查报告创新训练项目公管学院马家宝、顾清、宁军候、马灵玲程建华112高校网络课程建设现状与展望的调研——以安徽建筑大学为例创新训练项目公管学院蔡荣、潘新洁、万杨旭朱庆生113三河历史文化名镇的保护与旅游开发结合的研究创新训练项目建规学院李子童、林文倬、罗晨晨韩玲、解玉琪114城市更新背景下网红现象对城市空间活力的影响及塑造策略研究——基于合肥市老城区POI样本数据的研究创新训练项目建规学院王珺、董文迪、王雨朦于晓淦115有机染料污染的植物修复技术研究创新训练项目环能学院黄映媚、张灏、叶浩言、肖阳鲍立宁116民工通服务管理平台 (建筑行业）创新训练项目经管学院王诚、张昊天、刘志鹏、毛新何杨117基于BIM技术EPC模式下装配式建筑协同发展研究创新训练项目经管学院张茹、陈玮、褚文静、苏瑞尹正118我省建筑业转型发展下高校BIM教学改革的探索创新训练项目经管学院张又玲、郭宇瑄、周雨晴、张如玉尹正119c环咪唑环化青藤碱异噁唑衍生物的合成及构效关系研究创新训练项目材化学院陶乃李、曹翔宇、吴闪闪、魏小军金杰120煤矸石骨料的制备及其在混凝土中的应用研究创新训练项目材化学院龚海生、主志国、张岗军、贾晨昊王爱国121S原子在Pd、Cu、Au金属表面吸附作用创新训练项目材化学院王子豪、张雪龙、艾丽平、付道钧谢蓉122电气石调控基质微结构的FO膜制备及应用创新训练项目材化学院诸元彪、季芳伊、田培源、邓婕、苗潇龙邹文生123基于Arduino的智能立体式绘画机器人设计与开发创新训练项目数理学院荀竹、郑园园、贺海浪、靳玉年、杨婉婷刘家保124基于物联网技术的共享储存柜设计创新训练项目机电学院王俊磊、孙亮、冯博文、杨涵栾庆磊125基于STM32的家庭语音灯光控制系统创新训练项目机电学院邵善云、李亚春、许静、胡昌青史艳琼126娱乐设计中游戏美术的学习探寻创新训练项目机电学院王泽军、吴世奇、王梦婷杨薇薇127城市旧城区综合性公园对使用者健康影响研究-以合肥逍遥津公园为例创新训练项目建规学院邢思懿、朱雅婷、张波、梁皖宁郝凌子128基于大学生行为心理数据的高校图书馆内部交流空间分析与研究—以合肥地区各高校图书馆为例创新训练项目建规学院汪涛、吴迪、夏岩松、戈文胡春129大型商业建筑中庭空间环境舒适度研究创新训练项目建规学院申程程、梅欣利、郭泰洋徐雪芳130烟气余热再生除湿剂系统性能研究创新训练项目环能学院朱金伟、孙宏恩、宣阳王庚131磁性壳聚糖负载污泥生物炭制备及其对抗生素去除效能研究创新训练项目环能学院朱无悔、朱晗彬、陈子杨、李世兴伍昌年132石化炼油厂废气燃烧的热量回收创新训练项目环能学院张尹、孟兵兵、董婷、刘万鸽张虎133互联网+农机资源优配平台创新训练项目经管学院侯明宇、唐磊、施其乐、刘启孔陈雪辉、李昊134“建大学吧”学习资源共享平台创新训练项目经管学院汪旺、涂欣欣、吴晓洁、夏圆青方健、岳琦135融媒体背景下高校校媒工作的思考与探究——以安徽建筑大学为例创新训练项目经管学院刘佳琦、褚书豪、范子怡、徐淼何杨136倚绿——生态综合农场创业训练项目经管学院章鸿铭、曹丹劼宁宁137聚二溴甲基乙撑二氧噻吩电致变色聚合物的合成与性能创新训练项目材化学院张子凡、高方健、丁建伟、陈玉时陈晓明138形貌可控ZnGa2O4的制备及其催化性能评价创新训练项目材化学院张佩佩、杨于、林静、蒋伟欣冯绍杰139超支化聚氨酯染料制备与性能研究创新训练项目材化学院贾志伟、沈海洋、赵永朴、谢永健胡先海140双辊薄带连铸凝固组织模拟研究创新训练项目材化学院杨四齐、周立波、徐丽娟、王晓宇马婕141UiO-66-NH2纳米材料制备及吸附水环境中抗生素性能研究创新训练项目材化学院王哲、李诗琪、范亚伟、李天程吴世彪142新型铜离荧光探针的合成及识别性质研究创新训练项目材化学院孙梦然、史武奎、刘孜怡、王明明杨明娣143追溯时光—趣味DIY沙画记忆工坊创业实践项目艺术学院施巧莉、陈桂琴、朱琳、周婷褚力144基于物联网技术的智慧小区管理系统创新训练项目机电学院程国富、何康、夏天宇、石晓伟程秀芝145一种低噪除杂型塑料粉碎装置设计研究创新训练项目机电学院常雯雯、鲍迪、程文伟、刘家鹏何平、张正彬146对AR识别智能垃圾分类机器人的未来市场调查创新训练项目机电学院李恩荣、周培郁、王帅超、张衡刘静、王秀丽147基于PLC的智能阳台控制系统创新训练项目机电学院魏思慧、崔国栋、慈雨赵为松、栾庆磊148基于摄像头的多种目标识别与计数的系统研发创新训练项目机电学院巨刘雪、谭岩杰、张子威、余成成朱学光149基于InVest的国家级自然保护区升金湖湿地生态服务功能价值评估创新训练项目环能学院汪桂青、钱云飞、吴强、吴洋陈广洲150利用冷却水冷凝热的再热式空调的节能研究创新训练项目环能学院程君艳、吴倩、沈雪晴、胡惠然王晏平151超声波协同温度和PH有效处理剩余污泥的研究创新训练项目环能学院郑健康、陈茂森、李仕峰、刘柯朱曙光152不同形貌二硫化钼的制备及助催化性能研究创新训练项目材化学院张梓璐、张子祥、刘泽鹏、章明志张峰君153健身房进校园创业实践项目数理学院李龙、丁钰黄红娟154智能擦地机器人创新训练项目数理学院江海军、谢铮、戴琪霏、刘旭阳、李清波孙钊155唱吧+情绪宣泄室创新训练项目艺术学院王志娟张抗抗、韩飞飞156对在校贫困生和学校周边个体经营户的双向扶贫创业实践项目机电学院刘泽、王志帅、张魏、牛礼锐、秦庆、詹兴乐、严超、王展彤方健、王柏涛157一种废料回收压缩打包装置创新训练项目机电学院张磊、蔡礼扬、李赵洋、安致用何平、陈从升158老年人居住现状调研——以安徽省为例创新训练项目建规学院张郁、俞杨雪莹、盛添仪、胡晓青方舒159城市艺术景观中涂鸦艺术影响与要求的探究创新训练项目建规学院朱永杰、邱毅婷谢昕云160基于朴门永续理论和共生理论的小学校园户外学习型景观空间研究创新训练项目建规学院尹立敏、张赟乐、张彤、郑书涵张少杰161合肥小仙鲜有限公司（扶贫水果）创业训练项目环能学院张月明、邓雨晴、许名友、唐慧玲、刘欢迎、王国历胡志龙、王海虹162高钙镁离子对ASBR处理垃圾渗滤液过程中微生物种群结构的影响创新训练项目环能学院徐昕欣、王迪、徐宝霞黄健163不同覆盖措施条件下土壤水分的变化创新训练项目环能学院朱昌鑫、吴寒、顾凯、伋永波王翔翔164北斗&GPS智能城市车辆管理交通识别系统及市场营销创业训练项目环能学院贺海浪、郑园园、杨婉婷、谷梦茹、陈颖吴明轩165油麦稻香—乡村民宿生态圈创业训练项目经管学院徐世恒、叶俊宝、杨珍、李雨霖、何臻、程然方健166壳聚糖球的制备及其吸附性研究创新训练项目材化学院冯星、王开栋、马德生、凌嘉诚任琳167可注射光响应水凝胶的设计与制备创新训练项目材化学院赵泽人、陈洋、张顺、代雷鸣张璟焱168基于铜MOFs复合材料的制备及其对重金属离子吸附性能研究创新训练项目材化学院陈海艳、刘菁菁、方瑜、江梦杰赵东林169虚拟现实技术在研学旅游中的设计与实施创新训练项目艺术学院房若虹、陈嘉妍、张熙铭韩飞飞、张抗抗170多功能户外应急求救“生命杯”创新设计创新训练项目机电学院马冰洁、林子豪高娴、于曈171多用途批量装卸单车辅助装置的设计与制造创新训练项目机。
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低光照强度下氧化石墨烯-g-C3N4/PVDF膜的光催化降解性能研究
作者：杭祖圣， 陆炎， 黄玉安， 谈玲华， HANG Zu-sheng， LU Yan， HUANG Yu-an， TAN Ling-hua
作者单位：杭祖圣,黄玉安,谈玲华,HANG Zu-sheng,HUANG Yu-an,TAN Ling-hua(江苏省先进结构材料与应用技术重点实验室;南京工程学院,南京211167)， 陆炎,LU Yan(南京工程学院,南京,211167)
刊名：
科学技术与工程
英文刊名：Science Technology and Engineering
年，卷(期)：2015,15(16)
引用本文格式：杭祖圣.陆炎.黄玉安.谈玲华.HANG Zu-sheng.LU Yan.HUANG Yu-an.TAN Ling-hua低光照强度下氧化石墨烯-g-
C3N4/PVDF膜的光催化降解性能研究[期刊论文]-科学技术与工程 2015(16)。