C3N4新型聚合物光催化材料的研究 ppt课件

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光催化材料的研究概况ppt课件

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举个例子
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光催化净化空气
光催化涂层专用纳米二氧化钛
① 具有光催化降解甲醛、苯、氨等有害气体的功效。 ② 具有抗污、屏蔽紫外线功效。 ③ 拥有持续有效的杀菌效果，无需另外添加抗菌剂。
实验证明1% 纳米二氧化钛浓度,自然光照射下作用 24h对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草杆菌黑色变种芽孢的抗菌率分别为97.7% ,99.7%,88.2%;在不同温度、pH和光源条件下纳米二氧化钛均表现出很好的抗菌效果。
光催化材料的研究概况
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光催化的由来
1955年，Brattain 和Gareet 才对光电现象进行了合理的解释，标志着光电化学的诞生
1839年， Becquerel 发现了光电现象
1972年，日本东京大学Fujishima和Honda 研究发现，利用TiO2 单晶进行光催化反应可
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光催化材料的开发现状与研究方法
目前国内外光催材料的研究多数停留在二氧化钛及相关修饰,尽管这些工作卓有成效，但是在规模化利用太阳能方面还远远不够。光催化研究的关键问题之一是发展能够在太阳光下高效工作的稳定、低成本半导体光催化材料。为了与传统的TiO2 ，SrTiO3等仅具有紫外光响应的光催化材料相区别，人们称具有可见光响应的光催化材料为新型光催化材料。
使水分解成氢和氧。这
一开创性的工作标志着
光电现象应用于光催化
分解水制氢研究的全面启动
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过去40年里，人们在光催化材料开发与应用方面的研究取得了丰硕的成果
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什么是光催化材料？
光催化材料是指在光作用下可以诱发光氧化一还原反应的一类半导体材料。

光催化材料 ppt课件

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常见半导体材料的能带结构
Evs.SHE(pH=0)/eV
SiC
ZnS
-1.0
ZrO2
SrTiO3 TiO2 Ta2O5
0.0
Nb2O5 SnO2 ZnO
WO3
3.2 3.2
3.8
3.6
1.0
eV
4.6 5.0
3.2 3.4
2.8
3.0 CdS
H+/H2 (E=0 eV)
2.4
O2/H2O (E=1.23eV)
价带空穴是强氧化剂，而导带电子是强还原剂。
空穴与H2O或OH-结合产生化学性质极为活泼的羟基自由基（ HO . ）
电子与O2结合也会产生化学性质极为活泼的超氧离子自由基等(.O2-, HO . 等)
空穴，自由基都有很强的氧化性，能将有机物直接氧化为CO2, H2O
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光催化的机理
可以想象一下，在分子的周围，形成了大量的光致电子和光致空穴，在光的照射下，他们不断产生，又不断复合，但是从宏观的角度看，在某一时刻，总是有大量的来不及复合的电子和空穴的存在，他们不断的寻找自己的猎物。
化学气相沉积法
化学气相沉积法（CVD）利用挥发性金属化合物的蒸气通过化学反应生成所需化合物，该法制备的纳米TiO2粒度细，化学活性高，粒子呈球形，单分散性好，可见光透过性好，吸收屏蔽紫外线能力强。
该过程易于放大，实现连续化生产，但一次性投资大，同时需要解决粉体的收集和存放问题.
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光催化材料TiO2制备方法
纳米TiO2光催化剂的负载
由于粉体的纳米TiO2过程中存在着使用和回收不便的问题，在实际的应用中很难利用，因此需要对TiO2进行负载，以便在实际中得到很好的应用。研究人员采用浸渍法、层层组装的方法对纳米TiO2进行了负载，分别在石棉绳、玻璃纤维、沸石、分子筛上进行了负载，得到了较好的结果。

g-C3N4基光催化剂的合成及性能优化的研究

g-C3N4基光催化剂的合成及性能优化的研究g-C3N4基光催化剂的合成及性能优化的研究近年来，光催化技术因为其在环境污染治理、能源转化和有机合成等方面的巨大潜力，受到了广泛的关注。

在这些应用中，g-C3N4基光催化剂因其可见光响应和较高的光催化活性而备受瞩目。

g-C3N4是一种类似于石墨烯的二维材料，由碳、氮元素组成。

由于其具有较高的可见光吸收能力和良好的电子传导性，因此成为制备光催化剂的有力候选材料。

然而，纯g-C3N4的光催化活性较低，主要原因是其带隙能量较大，不利于可见光的吸收。

因此，针对g-C3N4的合成和性能优化成为了当前研究的热点之一。

目前，研究者们通过一系列方法来合成g-C3N4光催化剂，并改善其光催化性能。

一种常见的方法是通过热聚合的方式制备g-C3N4。

通常，蓝薯、尿素等富含氮元素的有机物被选择为前身，经过简单的热处理即可得到g-C3N4材料。

此外，研究者们还探索了其他合成方法，如溶剂热法、微波辐射法和气相沉积法等。

这些方法在改善光催化性能方面发挥了积极的作用。

为了进一步提高g-C3N4光催化剂的性能，研究者们采用了多种方法对其进行改性。

一种常见的方法是通过掺杂其他元素来引入缺陷或能带调制。

例如，研究者们通过掺杂金属等元素，有效降低了g-C3N4的带隙能量，并增强了其可见光吸收能力。

此外，还有研究表明，通过改变g-C3N4的形貌和结构，也可以显著改善其光催化性能。

如采用纳米多孔结构、片状结构等形貌设计，可以增加催化剂的比表面积和光响应能力。

除了合成和形貌结构的改进，提高光催化性能还需要研究者们合理设计反应体系。

例如，在选择催化剂和底物的组合时，需要考虑其能级匹配和反应活性。

此外，还需要优化催化条件，如光照强度、反应温度、pH值等，以提高催化效率。

同时，研究者们也在不断探索新的催化机制，以深入理解g-C3N4光催化剂的工作原理。

综上所述，g-C3N4基光催化剂的合成及性能优化的研究是一个复杂而富有挑战性的领域。

氮化碳聚合物半导体光催化

氮化碳聚合物半导体光催化一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严峻，寻找高效、环保的能源转换与存储技术已成为科研领域的重要任务。

在众多技术中，半导体光催化技术因其能够直接利用太阳能进行化学反应而备受关注。

氮化碳聚合物作为一种新型的非金属半导体材料，具有独特的电子结构和物理化学性质，其在光催化领域的应用潜力日益凸显。

本文将对氮化碳聚合物半导体光催化的研究现状、基本原理、应用领域以及未来发展方向进行全面概述，旨在为相关领域的研究者提供有益的参考和启示。

二、氮化碳聚合物半导体概述氮化碳（C3N4）作为一种新兴的半导体材料，近年来在光催化领域引起了广泛关注。

氮化碳聚合物不仅具有优异的化学稳定性、热稳定性以及良好的电子传输性能，而且其独特的电子结构和能带结构使其在光催化领域展现出巨大的应用潜力。

氮化碳聚合物半导体通常是由碳和氮元素通过特定的化学键合方式形成的聚合物网络结构。

这种材料结合了碳和氮两种元素的优点，既保留了碳材料的高导电性和化学稳定性，又利用了氮元素的独特电子特性，从而实现了在光催化反应中的高效电荷分离和传输。

在光催化过程中，氮化碳聚合物半导体能够吸收太阳光中的可见光部分，并通过激发电子从价带跃迁到导带，产生光生电子-空穴对。

这些光生电子-空穴对在催化剂表面发生氧化还原反应，从而驱动光催化反应的进行。

由于氮化碳聚合物半导体具有合适的能带结构和良好的电荷传输性能，因此能够有效地利用太阳光能，实现高效的光催化反应。

氮化碳聚合物半导体还可以通过调控其组成、结构和形貌等方式进一步优化其光催化性能。

例如，通过引入缺陷、掺杂其他元素或构建纳米结构等手段，可以调控氮化碳聚合物半导体的能带结构、光吸收性能和电荷传输性能，从而提高其光催化效率和稳定性。

氮化碳聚合物半导体作为一种新型的光催化材料，在光催化领域具有广阔的应用前景。

其独特的电子结构和能带结构、良好的化学稳定性和热稳定性以及优异的电荷传输性能使其成为光催化领域的研究热点之一。

g-c3n4

G-C3N4是一种典型的聚合物半导体，其中CN原子与sp2杂交形成高度离域的π共轭体系。

其中，Npz轨道构成g-C3N4的最高占据分子轨道（HOMO），而Cpz轨道构成最低的未占据分子轨道（LUMO），带隙为〜2.7 eV，可以吸收波长为的蓝紫色光在太阳光谱中小于475。

G-C3N4具有非常合适的半导体带边缘位置，可以满足水产品中氢和氧的光解的热力学要求。

此外，与传统的TiO2光催化剂相比，g-C3N4可以有效活化分子氧并生成超氧化物自由基，用于有机官能团的光催化转化和有机污染物的光催化降解。

G-C3N4作为一种新型的非金属光催化材料，具有比传统的TiO2光催化剂更宽的吸收光谱，并且仅在普通可见光下没有紫外线才可以发挥光催化作用。

同时，与TiO2相比，g-C3N4可以有效活化分子氧并产生超氧自由基，用于有机官能团的光催化转化和有机污染物的光催化降解，更适合室内空气污染控制和有机物降解。

G-C3N4作为一种新型的非金属光催化材料，具有比传统的TiO2光催化剂更宽的吸收光谱，并且仅在普通可见光下没有紫外线才可以发挥光催化作用。

G-c3n4具有良好的热稳定性和化学稳定性。

G-C3N4在高温下具有稳定的性能。

当温度超过600℃时，热稳定性开始下降。

G-c3n4可以在强酸和强碱条件下保持稳定的性能。

g-c3n4对SPF KM小鼠的急性口服毒性是ld50> 5000mg / kg bw，实际上是无毒的。

对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抑菌作用。

G-C3N4可由多种富氮前体（如双氰胺，尿素，三聚氰胺，硫脲等）和多种制备方法制备，具有工艺流程短，设备少，设备要求低，制备时间短的特点。

时间。

但是，由于成品的收率低，稳定性差的问题，主要在实验室水平上少量制备，一些企业已成功实现批量生产。

-C3N4新型聚合物光催化材料的研究

提高g-C3N4的光催化性能
贵金属沉积
如何提高光催化性能
形貌调控
半导体复合
元素掺杂
Wang X C, et al. J Am Chem Soc, 2009, 131, 1680. Maeda K, et al. J Phys Chem C, 2009, 113, 4940. Liu G, et al. J Am Chem Soc, 2010, 132, 11642. Liao G Z, et al. J Mater Chem, 2012, 22, 2721.
-0.45
0.12
降解速率常数‎‎ -1
0.18 4:1-8 2:1-8
1:1-8
0.08 g-C3N4
-0.75
0.12 g-C3N4
mAU
AA 80 0 h 1h 40 2 h 3h 0 4h
AB
0.04
0.06
-0.60
0.00
-1.00
0.00
0
1
时间/h
2
3
4
0
1
时间/h
2
3
4
4
时间/min
Zhang X, et al. J Am Chem Soc, 2013, 135, 18.
0.004
3
0.002
0.000 2 10 30
孔径/nm
50 70
90
98
样品名 4:1-8 4:1-6 4:1-4 4:1-2
比表面积 (m2g-1) 29.5 25.7 23.6 23.1
孔体积 (cm3g-1) 0.170 0.148 0.125 0.123
升温速率越快，比表面积越高，孔体积越大

新型可见光光催化剂C3N4的制备技术及其光催化研究进展

新型可见光光催化剂C3N4 的制备技术及其光催化研究进展摘要：作为理论预测的超硬新材料，氮化碳可能具有良好的力学、电学、光学性能和广泛的应用前景，其合成和性能的研究引起了各国研究人员的广泛关注，已合成了具有独特性的氮化碳。

目前主要采用化学气相沉积法、物理气相沉积法、高温高压法、脉冲放电与高速冲击法、溶剂热合成和机械合金化法等。

本文对氮化碳的制备方法以及研究现状进行了比较详细的介绍。

关键词：C3N4制备方法，光催化，研究进展Abstract：Carbon nitride materials predicted by theoretic calculating may have excellent properties in mechanics,electricity,photics and abroad applications.The research on syntheses and properties of carbon nitride materials is interesting for scholars form different countries.Carbon nitride materials with particular properties has been synthesized. Its structure and character were reviewed,and the synthetic methods,including CVD, PVD, high pressure and temperature, impulsive discharge and high speed impact, solvothermal method, mechanochemical reaction et al.,were completely introduced.The perspectives of the investigations of the C3N4 were discussed by looking at the new progresses of the corresponding application studies. Keywords: C3N4,preparation method,superhard material,study development 1．引言近些年，人们在合成新型超硬材料方面取得了明显的进展。

光催化及材料课件

光催化及材料课件一、引言光催化是一种利用光能驱动化学反应的过程，具有高效、环保、可持续等优点。

光催化材料是实现这一过程的关键，其性能直接影响到光催化反应的效率和稳定性。

本课件将介绍光催化及材料的基本原理、分类、制备方法、表面改性以及在环保领域的应用。

二、光催化基本原理光催化反应的基本原理是：当光照射到光催化材料表面时，材料吸收光能并产生电子-空穴对。

这些电子和空穴具有很强的氧化还原能力，可以与吸附在材料表面的物质发生氧化还原反应，从而实现光催化过程。

三、光催化材料的分类根据材料的能带结构和光电特性，光催化材料可分为半导体光催化材料和非金属光催化材料。

半导体光催化材料是最常用的一类，包括氧化物、硫化物、氮化物等。

非金属光催化材料则主要包括碳基材料、石墨烯等。

四、光催化材料的制备方法光催化材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、微乳液法、气相沉积法等。

这些方法各有优缺点，可根据具体需求和条件选择合适的制备方法。

五、光催化材料的表面改性为了提高光催化材料的性能，常需要对其进行表面改性。

表面改性的方法包括离子掺杂、贵金属沉积、半导体复合、染料敏化等。

这些方法可以有效地提高光催化材料的吸光性能、电荷分离效率、稳定性等。

六、光催化材料在环保领域的应用光催化材料在环保领域具有广泛的应用前景，主要用于有机污染物降解、水分解制氢、空气净化等方面。

例如，利用光催化材料可以降解废水中的有机染料、农药等污染物，实现废水的净化处理。

此外，光催化材料还可以用于室内空气净化，去除甲醛、苯等有害气体。

七、结论与展望光催化及材料作为一种高效、环保的技术手段，在解决能源和环境问题方面具有巨大的潜力。

未来，随着材料科学和光催化技术的不断发展，光催化材料将在更多领域得到应用，并为人类社会的可持续发展做出贡献。

特殊形貌g-C3N4基光催化材料的研究进展

review highlights the recent advances of g-C3N4-based materials with special morphologies, such as
tube/rod/array, porous microsphere, gel and biomimetic morphology, and discusses the structure-function
第1期
杨冬等：特殊形貌 g-C3N4 基光催化材料的研究进展
材料的综述目前尚未见到公开报道。特殊形貌的
g-C3N4 具有较强的光吸收能力和高比表面积，且易
于循环利用，可促进物质传递和电荷分离，有利于
电子-空穴的激发、迁移和利用，因而具有较高的
光催化效率（表 1）。本文以形貌划分，分别对管/
棒/阵列、多孔微球、凝胶和仿生形貌等 g-C3N4 基
YANG Dong1，2，ZHOU Zhiyuan1，DING Fei3，4，ZHAO Xuyang1，CHEN Yao3，4，JIANG Zhongyi3，4
(1 Key Laboratory of Systems Bioengineering of Ministry of Education, School of Chemical Engineering and Technology,
g-C3N4 与其他半导体、聚合物和电子受体（如石墨
烯等）耦合，不仅可以抑制 g-C3N4 光生载流子的复
合，而且可以通过协同效应赋予复合物新的功能和
特性[11-13]。
半导体材料的光催化过程通常包括以下 3 个主
要步骤（图 1） [14]。
图 1 g-C3N4 材料光催化过程示意图

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。

单原子c3n4 光催化

单原子c3n4 光催化单原子C3N4光催化：探索未来能源的希望随着全球能源危机的逐渐加剧，人们对于清洁、可持续能源的需求日益迫切。

在这个背景下，科学家们不断探索各种新型能源材料，其中单原子C3N4光催化材料成为了研究的热点之一。

本文将从人类的视角出发，探讨单原子C3N4光催化的应用前景和潜力。

让我们了解一下单原子C3N4光催化材料的特性。

单原子C3N4是一种由碳和氮组成的二维纳米材料，它具有优异的光吸收性能和良好的电子传导性能。

这使得它在光催化领域具有广阔的应用前景。

通过光照激发，单原子C3N4可以有效地将光能转化为化学能，用于催化各种反应，如水分解产氢、二氧化碳还原、有机污染物降解等。

我们来探讨单原子C3N4光催化在能源领域的应用。

首先是水分解产氢。

利用太阳能驱动单原子C3N4光催化材料分解水分子，可以高效地产生氢气，作为一种清洁、可持续的能源储存形式。

这为解决太阳能的不稳定性和间歇性提供了一种新的解决方案。

其次是二氧化碳还原。

通过将单原子C3N4与二氧化碳反应，可以将二氧化碳转化为有用的碳氢化合物，如甲烷等。

这不仅实现了二氧化碳的高效利用，还减少了对化石燃料的依赖。

此外，单原子C3N4光催化材料还可以用于有机污染物的降解，通过光催化反应将有害物质转化为无害的物质，从而净化环境。

然而，单原子C3N4光催化材料在应用中仍面临一些挑战。

首先是材料的制备和工艺优化问题。

目前，单原子C3N4的合成方法还不够成熟，需要进一步改进和优化。

其次是光催化反应的效率和稳定性问题。

单原子C3N4在高温或长时间光照下可能会出现失活现象，这限制了其在实际应用中的可持续性和长期稳定性。

为了克服这些挑战，科学家们正在不断努力。

他们通过调控单原子C3N4的结构和组分，改变材料的光吸收性能和电子传导性能，以提高光催化反应的效率和稳定性。

此外，他们还研究了单原子C3N4与其他材料的复合，通过构建异质结构来增强光催化反应的效果。

c3n4材料光催化问题

c3n4材料光催化问题
C3N4是一种重要的光催化材料，在光催化领域中有着广泛的应用。

然而，C3N4材料在光催化过程中存在一些问题，主要表现在以下几个方面：
1. 光生电子-空穴的复合率高：在C3N4材料中，光生电子和空穴的复合率较高，这导致光催化效率较低。

为了解决这个问题，可以通过调控材料的能级结构、增加材料的比表面积等方法来降低电子-空穴的复合率。

2. 可见光利用率低：C3N4材料对于可见光的吸收能力较弱，因此需要进一步改进其在可见光下的催化活性。

可以通过掺杂、合金化等方法来增强
C3N4材料对可见光的吸收能力。

3. 稳定性差：C3N4材料在光催化过程中容易发生降解，这限制了其在实际应用中的寿命。

为了提高C3N4材料的稳定性，可以对其进行表面修饰或掺杂等改性处理。

为了解决这些问题，科研人员进行了大量的研究工作，开发出了多种具有优异性能的新型C3N4光催化材料。

同时，在实际应用中还需要注意控制实验条件、优化反应装置等因素，以提高光催化的效率。

(精品)碳材料-氮化碳PPT

信息来源：Shalom M, Inal S, Fettkenhauer C, et al. Journal of the American Chemical Society [J], 2013, 135 （19）： 7118-7121. 右图来源于自己拍摄
热聚合法制备g-C3N4 nanosheets（CNNS）
超分子自组装法制备氮化碳聚合物
信息来源：Jun Y S, Lee E Z, Wang X C, et al. Advanced Functional Materials [J], 2013, 23 （29）： 3661-3667
超分子自组装法制备氮化碳聚合物
超分子自组装合成方法在很大程度上受到溶剂种类、组装时间、超分子表面能、焙烧温度和时间的影响。
信息来源：Shalom M, Inal S, Fettkenhauer C, et al. Journal of the American Chemical Society [J], 2013, 135 （19）： 7118-7121.
超分子自组装法制备氮化碳聚合物
a、三聚氰胺-三聚氰酸组装体的SEM图；b、三聚氰酸-三聚氰胺组装体在550 ℃ 氮气气氛中焙烧12 h 后的SEM 照片
前驱体
550℃，4h 淡黄色固体
加水超声4h
离心，取上清液 60℃烘干
CNNS
前驱体：尿素、三聚氰胺、二聚氰胺及其组合等
五、g-C3N4 nanosheets的改性
2、4、6-三氨基密啶掺杂：将2、4、6-三氨基密啶与前驱体混合，采用共聚合法制备CNNS
g-C3N4纳米片的氧化：将所制备的g-C3N4纳米片在 550℃空气环境下氧化。
合成研究
在理论的预言下，人们采用各种手段试图在实验室合成出这种新的低密度高硬度的非极性共价键化合物，常用的制备方法有震荡波压缩、高压热解、离子注入、反应溅射、等离子体化学气相沉积、电化学沉积、离子束沉积、低能离子辐射、脉冲电弧放电和脉冲激光诱导等，但这种超硬材料的合成结果并不理想，主要表现在沉积物多为非晶CN薄膜，少数实验得到纳米级尺寸的C3N4 晶粒镶嵌于非晶薄膜中，很少得到大颗粒的晶体。另外，目前又没有天然存在的标样，而且由于氮化碳几种相态的能量相近，在制备的薄膜中很难得到单一相的氮化碳化合物，使得对这种材料的准确表征存在很多困难，如对IR光谱吸收峰位置的确切解释，X射线衍射(XRD)或透射电镜(TEM)结果与预言值之间的较大差别，Raman光谱仅表现为石墨或无定形碳膜的特征光谱等，这些困难使得目前的氮化碳的合成研究进展缓慢。但一些研究结果表明非晶CN薄膜也具有很高的硬度、耐磨性、储氢性能以及优异的场发射性能，值得人们深入研究。

Z型g-C3N4-m-BiVO4复合光催化材料的制备及性能研究

Z型g-C3N4-m-BiVO4复合光催化材料的制备及性能探究专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。

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