(精品)-C3N4新型聚合物光催化材料的研究
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。
《石墨相氮化碳光催化材料的结构调控及光解水性能研究》范文
《石墨相氮化碳光催化材料的结构调控及光解水性能研究》篇一一、引言随着环境问题日益严峻，寻找清洁、可再生的能源成为了科学研究的热点。
其中，光催化技术以其独特的优势在太阳能的利用与转换方面受到了广泛关注。
石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种新型的光催化材料，因其良好的化学稳定性、热稳定性以及可见光响应性等特性，被广泛用于光解水制氢、有机污染物降解等领域。
然而，其光生载流子的复合率高、量子效率低等问题限制了其实际应用。
因此，对石墨相氮化碳光催化材料的结构调控及光解水性能的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、石墨相氮化碳的结构与性质石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种由碳和氮元素组成的二维层状材料，具有独特的电子结构和化学性质。
其结构主要由碳氮六元环组成，层内原子以共价键相连，层间通过范德华力相互作用。
这种结构使得g-C3N4具有良好的化学稳定性和热稳定性，同时具有可见光响应性。
三、结构调控方法为了改善石墨相氮化碳的光催化性能，研究者们采用了多种结构调控方法。
主要包括元素掺杂、缺陷工程、形貌调控和复合其他半导体等。
1. 元素掺杂：通过引入其他元素（如硫、磷等）来调控g-C3N4的电子结构和光学性质，从而提高其光催化性能。
2. 缺陷工程：通过控制合成过程中的条件，如温度、压力、气氛等，引入缺陷（如氮空位、碳空位等），改变g-C3N4的电子传输性质。
3. 形貌调控：通过改变合成方法（如溶剂热法、高温固相法等），制备出具有不同形貌（如纳米片、纳米球、纳米管等）的g-C3N4，以优化其光吸收和光生载流子的传输。
4. 复合其他半导体：将g-C3N4与其他半导体材料（如TiO2、ZnO等）复合，形成异质结，提高光生载流子的分离效率和利用率。
四、光解水性能研究经过结构调控的g-C3N4光催化材料在光解水制氢方面表现出良好的性能。
研究者们通过实验和理论计算等方法，研究了其光解水机理和性能。
在可见光照射下，g-C3N4能够吸收光能并激发产生光生电子和空穴，这些载流子能够参与水的还原和氧化反应，生成氢气和氧气。
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。
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光催化氧化还原性能调控及其环境催化性能增强
g-C3N4光催化氧化还原性能调控及其环境催化性能增强g-C3N4（石墨相氮化碳）是一种新型的二维材料，具有片状结构和较高的光吸收能力，因此在光催化氧化还原性能调控和环境催化性能增强方面具有巨大的潜力。
本文将重点探讨g-C3N4的调控与增强，并分析其在环境催化中的应用。
首先，我们来看g-C3N4的光催化氧化还原性能调控。
光催化氧化还原反应是指在光照下，通过光生载流子的产生和迁移，将底物氧化或还原的反应过程。
g-C3N4作为一种光催化材料，其光催化性能主要受到其能带结构和表面缺陷的影响。
g-C3N4的能带结构中，价带和导带之间的带隙决定了光催化的吸光能力和载流子传输能力。
研究表明，通过控制g-C3N4的合成条件，可以调控其能带结构中的带隙大小和分布，进而调节其光催化性能。
例如，通过控制氮化温度和氮热处理条件，可以提高g-C3N4的带隙大小，使其对可见光的吸收能力增强。
此外，纳米结构和复合材料的调控也可以有效改善g-C3N4的光催化性能。
例如，将g-C3N4与其他半导体纳米材料复合，可以使其能隙气凝胶变窄，光吸收范围增广，从而提高光催化活性。
除了能带结构调控外，表面缺陷也是影响g-C3N4光催化性能的重要因素。
表面缺陷通常是指氮缺陷、碳缺陷和碳氮缺陷等，它们可以促进光生载流子的产生和迁移，提高光催化反应的效率。
因此，通过控制合成条件和引入适量的缺陷，可以增强g-C3N4的光催化活性。
例如，一些研究通过在g-C3N4的合成过程中引入硫、磷等掺杂原子，有效提高了其光催化氧化还原性能。
除了光催化氧化还原性能调控外，g-C3N4还具有良好的环境催化性能，特别适用于污水处理和空气净化等领域。
一方面，g-C3N4作为一种可见光响应的材料，可以通过光氧化、光还原或光催化降解等反应途径，将有机污染物转化为低毒或无毒的无机物。
另一方面，g-C3N4还具有一定的光催化氧化性能，可以将气体污染物如一氧化碳、二氧化氮等转化为无害物质。
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。
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。
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 development1．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。
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 mechanism[J].Separation and Purification Technology,2021,278:119620.[3]㊀ZHAO S Y,CHEN C X,DING J,et al.One-pot hydrothermal fabrication of BiVO4/Fe3O4/rGO composite photocatalyst for the simulated solarlight-driven degradation of Rhodamine B[J].Frontiers of Environmental Science&Engineering,2021,16(3):1-16.[4]㊀JUABRUM S,CHANKHANITTHA T,NANAN S.Hydrothermally grown SDS-capped ZnO photocatalyst for degradation of RR141azo dye[J].Materials Letters,2019,245:1-5.[5]㊀SUN Z X,WANG H Q,WU Z B,et al.g-C3N4based composite photocatalysts for photocatalytic CO2reduction[J].Catalysis Today,2018,300:160-172.[6]㊀LIN L,SU Z Y,LI Y,et parative performance and mechanism of bacterial inactivation induced by metal-free modified g-C3N4undervisible light:Escherichia coli versus Staphylococcus aureus[J].Chemosphere,2021,265:129060.[7]㊀DANG X M,WU S,ZHANG H G,et al.Simultaneous heteroatom doping and microstructure construction by solid thermal melting method forenhancing photoelectrochemical property of g-C3N4electrodes[J].Separation and Purification Technology,2022,282:120005. [8]㊀VAN KHIEN N,HUU H T,THI V N N,et al.Facile construction of S-scheme SnO2/g-C3N4photocatalyst for improved photoactivity[J].Chemosphere,2022,289:133120.[9]㊀LINH P H,DO CHUNG P,VAN KHIEN N,et al.A simple approach for controlling the morphology of g-C3N4nanosheets with enhancedphotocatalytic properties[J].Diamond and Related Materials,2021,111:108214.[10]㊀XIE M,TANG J C,KONG L S,et al.Cobalt doped g-C3N4activation of peroxymonosulfate for monochlorophenols degradation[J].ChemicalEngineering Journal,2019,360:1213-1222.[11]㊀ZHEN X L,FAN C Z,TANG L,et al.Advancing charge carriers separation and transformation by nitrogen self-doped hollow nanotubes g-C3N4for enhancing photocatalytic degradation of organic pollutants[J].Chemosphere,2023,312:137145.[12]㊀AL-HAJJI L A,ISMAIL A A,FAYCAL A M,et al.Construction of mesoporous g-C3N4/TiO2nanocrystals with enhanced photonic efficiency[J].Ceramics International,2019,45(1):1265-1272.[13]㊀CUI P P,HU Y,ZHENG M M,et al.Enhancement of visible-light photocatalytic activities of BiVO4coupled with g-C3N4prepared usingdifferent precursors[J].Environmental Science and Pollution Research,2018,25(32):32466-32477.[14]㊀LI X W,CHEN D Y,LI N J,et al.AgBr-loaded hollow porous carbon nitride with ultrahigh activity as visible light photocatalysts for waterremediation[J].Applied Catalysis B:Environmental,2018,229:155-162.[15]㊀SHI H L,HE R,SUN L,et al.Band gap tuning of g-C3N4via decoration with AgCl to expedite the photocatalytic degradation and mineralizationof oxalic acid[J].Journal of Environmental Sciences,2019,84:1-12.[16]㊀彭㊀慧,刘成琪,汪楚乔,等.AgI/g-C3N4复合材料制备及其降解孔雀石绿染料性能[J].环境工程,2019,37(4):93-97.PENG H,LIU C Q,WANG C Q,et al.Preparation of AgI/g-C3N4composites and their degradation performance of malachite green dyes[J].Environmental Engineering,2019,37(4):93-97(in Chinese).[17]㊀LIANG W,TANG G,ZHANG H,et al.Core-shell structured AgBr incorporated g-C3N4nanocomposites with enhanced photocatalytic activityand stability[J].Materials Technology,2017,32(11):675-685.[18]㊀LI Y B,HU Y R,LIU Z,et al.Construction of self-activating Z-scheme g-C3N4/AgCl heterojunctions for enhanced photocatalytic property[J].Journal of Physics and Chemistry of Solids,2023,172:111055.3762㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷[19]㊀XIE J S,WU C Y,XU Z Z,et al.Novel AgCl/g-C3N4heterostructure nanotube:ultrasonic synthesis,characterization,and photocatalyticactivity[J].Materials Letters,2019,234:179-182.[20]㊀YANG J,ZHANG X,LONG J,et al.Synthesis and photocatalytic mechanism of visible-light-driven AgBr/g-C3N4composite[J].Journal ofMaterials Science:Materials in Electronics,2021,32:6158-6167.[21]㊀HUANG H,LI Y X,WANG H L,et al.In situ fabrication of ultrathin-g-C3N4/AgI heterojunctions with improved catalytic performance forphotodegrading rhodamine B solution[J].Applied Surface Science,2021,538:148132.[22]㊀GUO C S,CHEN M,WU L L,et al.Nanocomposites of Ag3PO4and phosphorus-doped graphitic carbon nitride for ketamine removal[J].ACSApplied Nano Materials,2019,2(5):2817-2829.[23]㊀WANG H R,LEI Z,LI L,et al.Holey g-C3N4nanosheet wrapped Ag3PO4photocatalyst and its visible-light photocatalytic performance[J].Solar Energy,2019,191:70-77.[24]㊀胡俊俊,丁同悦,陈奕桦,等.Ag3PO4/g-C3N4复合材料的制备及其光催化性能[J].精细化工,2021,38(3):483-488.HU J J,DING T Y,CHEN Y H,et al.Preparation and photocatalytic application of Ag3PO4/g-C3N4composites[J].Fine Chemicals,2021,38(3):483-488(in Chinese).[25]㊀MEI J,ZHANG D P,LI N,et al.The synthesis of Ag3PO4/g-C3N4nanocomposites and the application in the photocatalytic degradation ofbisphenol A under visible light irradiation[J].Journal of Alloys and Compounds,2018,749:715-723.[26]㊀潘良峰,阎㊀鑫,王超莉,等.中空管状g-C3N4/Ag3PO4复合催化剂的制备及其可见光催化性能[J].无机化学学报,2022,38(4):695-704.PAN L F,YAN X,WANG C L,et al.Preparation and visible light photocatalytic activity of hollow tubular g-C3N4/Ag3PO4composite catalyst[J].Chinese Journal of Inorganic Chemistry,2022,38(4):695-704(in Chinese).[27]㊀DEONIKAR V G,KOTESHWARA R K,CHUNG W J,et al.Facile synthesis of Ag3PO4/g-C3N4composites in various solvent systems withtuned morphologies and their efficient photocatalytic activity for multi-dye degradation[J].Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry,2019,368:168-181.[28]㊀DU J G,XU Z,LI H,et al.Ag3PO4/g-C3N4Z-scheme composites with enhanced visible-light-driven disinfection and organic pollutantsdegradation:uncovering the mechanism[J].Applied Surface Science,2021,541:148487.[29]㊀NAGAJYOTHI P C,SREEKANTH T V M,RAMARAGHAVULU R,et al.Photocatalytic dye degradation and hydrogen production activity ofAg3PO4/g-C3N4nanocatalyst[J].Journal of Materials Science:Materials in Electronics,2019,30(16):14890-14901.[30]㊀AN D S,ZENG H Y,XIAO G F,et al.Cr(VI)reduction over Ag3PO4/g-C3N4composite with p-n heterostructure under visible-light irradiation[J].Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers,2020,117:133-143.[31]㊀YAN X,WANG Y Y,KANG B B,et al.Preparation and characterization of tubelike g-C3N4/Ag3PO4heterojunction with enhanced visible-lightphotocatalytic activity[J].Crystals,2021,11(11):1373.[32]㊀高闯闯,刘海成,孟无霜,等.Ag3PO4/g-C3N4复合光催化剂的制备及其可见光催化性能[J].环境科学,2021,42(5):2343-2352.GAO C C,LIU H C,MENG W S,et al.Preparation of Ag3PO4/g-C3N4composite photocatalysts and their visible light photocatalytic performance[J].Environmental Science,2021,42(5):2343-2352(in Chinese).[33]㊀CHENG R,WEN J Y,XIA J C,et al.Photo-catalytic oxidation of gaseous toluene by Z-scheme Ag3PO4-g-C3N4composites under visible light:removal performance and mechanisms[J].Catalysis Today,2022,388/389:26-35.[34]㊀ZHANG W,ZHOU L,SHI J,et al.Synthesis of Ag3PO4/g-C3N4composite with enhanced photocatalytic performance for the photodegradation ofdiclofenac under visible light irradiation[J].Catalysts,2018,8(2):45.[35]㊀ZHANG M X,DU H X,JI J,et al.Highly efficient Ag3PO4/g-C3N4Z-scheme photocatalyst for its enhanced photocatalytic performance indegradation of rhodamine B and phenol[J].Molecules,2021,26(7):2062.[36]㊀LI K,CHEN M M,CHEN L,et al.In-situ hydrothermal synthesis of Ag3PO4/g-C3N4nanocomposites and their photocatalytic decomposition ofsulfapyridine under visible light[J].Processes,2023,11(2):375.[37]㊀汲㊀畅,王国胜.Ag3PO4/g-C3N4异质结催化剂可见光降解黄连素[J].无机盐工业,2022,54(4):175-180.JI C,WANG G S.Degradation of berberine by visible light over Ag3PO4/g-C3N4heterojunction catalyst[J].Inorganic Chemicals Industry, 2022,54(4):175-180(in Chinese).[38]㊀CHEN R H,DING S Y,FU N,et al.Preparation of a g-C3N4/Ag3PO4composite Z-type photocatalyst and photocatalytic degradation ofOfloxacin:degradation performance,reaction mechanism,degradation pathway and toxicity evaluation[J].Journal of Environmental Chemical Engineering,2023,11(2):109440.[39]㊀HAYATI M,ABDUL H A,ZUL A M H,et al.In-depth investigation on the photostability and charge separation mechanism of Ag3PO4/g-C3N4photocatalyst towards very low visible light intensity[J].Journal of Molecular Liquids,2023,376:121494.[40]㊀DING M,ZHOU J J,YANG H C,et al.Synthesis of Z-scheme g-C3N4nanosheets/Ag3PO4photocatalysts with enhanced visible-lightphotocatalytic performance for the degradation of tetracycline and dye[J].Chinese Chemical Letters,2020,31(1):71-76.[41]㊀PAN S G,JIA B Q,FU Y S.Ag2CO3nanoparticles decorated g-C3N4as a high-efficiency catalyst for photocatalytic degradation of organiccontaminants[J].Journal of Materials Science:Materials in Electronics,2021,32(11):14464-14476.。
《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。
氮化碳基光催化材料的制备及性能
氮化碳基光催化材料的制备及性能一、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、清洁的能源转换和存储技术已成为科学研究的重点。
光催化技术作为一种能够利用太阳能进行化学反应的绿色环保技术，受到了广泛的关注。
氮化碳（C3N4）作为一种新型的非金属半导体光催化材料，因其独特的电子结构和良好的化学稳定性，在光催化领域展现出了巨大的应用潜力。
本文旨在深入探讨氮化碳基光催化材料的制备方法、表征手段以及其在光催化反应中的性能表现。
我们将首先介绍氮化碳的基本性质和研究背景，然后详细阐述各种制备氮化碳基光催化材料的方法，包括物理法、化学法以及新兴的模板法等。
随后，我们将通过一系列的实验数据和表征结果，分析氮化碳基光催化材料的结构、光学性质以及光催化性能。
我们将讨论氮化碳基光催化材料在实际应用中的前景和挑战，以期为未来光催化技术的发展提供有益的参考。
二、氮化碳基光催化材料的制备氮化碳（C3N4）作为一种非金属半导体光催化材料，在光催化领域展现出了巨大的应用潜力。
其独特的电子结构和稳定性使其成为光催化反应的理想选择。
氮化碳基光催化材料的制备过程通常包括前驱体的选择、热缩聚反应以及后续的改性处理等步骤。
选择合适的前驱体是制备氮化碳基光催化材料的关键。
常用的前驱体包括尿素、硫脲、三聚氰胺等富含碳、氮元素的有机物。
这些前驱体在热缩聚过程中能够发生缩聚反应，形成氮化碳的基本结构。
接下来，通过热缩聚反应将前驱体转化为氮化碳基光催化材料。
这一过程中，前驱体在高温下发生热解和缩聚，形成氮化碳的纳米结构。
通常，热缩聚反应需要在惰性气体保护下进行，以防止材料在制备过程中被氧化。
反应温度、时间和气氛等参数对氮化碳的结构和性能具有重要影响，因此需要进行精确控制。
为了进一步提高氮化碳基光催化材料的性能，还需要进行后续的改性处理。
常见的改性方法包括元素掺杂、表面修饰和构建复合结构等。
元素掺杂可以通过引入其他元素来调节氮化碳的电子结构和能带结构，从而提高其光催化活性。
碳三氮四光催化
碳三氮四光催化
碳三氮四光催化是一种新型的光催化材料，能够利用可见光进行催化反应，具有较好的催化活性和稳定性。
其基本结构为三苯基胺（Triphenylamine，简称TPA）和三氮杂环（Triazine，简称TZ）所构成的聚合物。
相较于传统的光催化剂，碳三氮四光催化在结构上更加复杂，因此也具有更为优异的催化性能。
碳三氮四光催化的制备方法主要是通过聚合反应制得，其中TPA和TZ分别作为基础单元，通过交联反应组装成聚合物，形成具有复合结构的光催化剂。
同时，通过调节聚合物的组成和结构，可以有效地调控其催化活性和光电化学性质。
碳三氮四光催化的催化性能主要表现在两个方面：①对特定反应的催化活性；②对可见光的吸收和利用效率。
其中，碳三氮四光催化对染料的光催化降解表现出较好的催化效率，能够有效地降低有机废水的污染程度。
另外，由于碳三氮四光催化能够利用接近全波段的可见光进行催化反应，其光电转换效率较高，能够有效地提高光催化反应的效率和速度。
碳三氮四光催化在实际应用中具有广泛的应用前景。
例如，利用碳三氮四光催化剂可以有效地分解水中的有机物、抗菌剂和农药等有害物质，提高水质的纯度和质量；此外，碳三氮四光催化剂还可应用于光电池、太阳能电池、光催化降解和除臭等领域。
总体而言，碳三氮四光催化是一种具有广泛应用前景的新型光催化材料，其具有较高的催化活性、稳定性和光电转换效率，可望在环境治理、新能源研究和其他相关领域得到广泛应用。
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. Enhanced photocatalyticozonation of organics by g-C3N4under visible light irradiation [J].J. Hazard. Mater., 2014,280:531-535.[6] Xiao J G, Xie Y B, Cao H B, et al. g-C3N4-triggered supersynergy between photocatalysis and ozonation attributed to promoted ⋅OH generation [J]. Catal. Commun., 2015,66:10-14. [7] Peng W C, Li X Y. Synthesis of MoS2/g-C3N4as a solar lightresponsive photocatalyst for organic degradation [J]. Catal.Commun., 2014,49:63-67.[8] Liao G Z, Chen S, Quan X, et al. Graphene oxide modifiedg-C3N4hybrid with enhanced photocatalytic capability under visible light irradiation [J]. J. Mater. Chem., 2012,22:2721-2726.[9] 张芬,柴波,廖翔,等. RGO/C3N4复合材料的制备及可见光催化性能 [J]. 无机化学学报, 2014,30(4):821-827.[10] Zhang H Q, Huang Q T, Huang Y H, et al. Graphitic carbonnitride nanosheets doped graphene oxide for electrochemical simultaneous determination of ascorbic acid, dopamine and uric acid [J]. Electrochim. Acta., 2014,142:125-131.[11] Bolotin K I, Sikes K J, Jiang Z, et al. Ultrahigh electron mobilityin suspended grapheme [J]. Solid State Commun., 2008,146: 351-355.[12] Zhang X Y, Li H P, Cui X L, et al. Graphene/TiO2nanocomposites: synthesis, characterization and application in hydrogen evolution from water photocatalytic splitting [J]. J.Mater. Chem., 2010,20:2801-2806.[13] Li Y B, Zhang H M, Liu P R, et al. Cross-Linked g-C3N4/rGONanocomposites with Tunable Band Structure and Enhanced Visible Light Photocatalytic Activity [J]. Small., 2013,9:3336- 3344.[14] Li X S, Zhu Y W, Cai W W, et al. Transfer of Large-AreaGraphene Films for High-Performance Transparent Conductive Electrodes [J]. Nano Lett., 2009,9(12):4359-4363.[15] Xiang Q J, Yu J G, Jaroniec M. Preparation and EnhancedVisible-Light Photocatalytic H2-Production Activity of Graphene/C3N4 Composites [J]. J. Phys. Chem. C., 2011,115:7355-7363.[16] Zhang Y J, Mori T, Niu L, et al. Non-covalent doping of graphiticcarbon nitride polymer with graphene: controlled electronic structure and enhanced optoelectronic conversion [J]. Energ.Environ. Sci., 2011,4:4517-4521.[17] 傅玲,刘洪波,邹艳红,等.Hummers法制备氧化石墨时影响氧化程度的工艺因素研究 [J]. 炭素, 2005,(4):0010-0014.作者简介：尹竞(1990-),男,安徽宿松县人,硕士研究生,主要从事水污染方面的控制研究.。
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。
g-C3N4的物理改性及光催化性能研究
㊀第４７卷第８期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４７㊀Ｎｏ.８㊀２０１８年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＹＮＴＨＥＴＩＣＣＲＹＳＴＡＬＳ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ａｕｇｕｓｔꎬ２０１８ｇ￣Ｃ３Ｎ４的物理改性及光催化性能研究吴晓璐１ꎬ傅㊀敏１ꎬ２ꎬ韩红桔１ꎬ何㊀飞１ꎬ谢㊀巧１(１.重庆工商大学环境与资源学院ꎬ重庆㊀４０００６７ꎻ２.催化与环境新材料重庆市重点实验室ꎬ重庆㊀４０００６７)摘要:块状ｇ￣Ｃ３Ｎ４具有低比表面积和高电荷重组率ꎬ为了提高其可见光催化活性ꎬ分别采用超声剥离法和微波烧蚀法对其进行改性ꎬ并用Ｘ射线衍射(ＸＲＤ)㊁傅里叶红外光谱(ＦＴ￣ＩＲ)㊁扫描电镜(ＳＥＭ)㊁紫外￣可见光漫反射吸收光谱(ＵＶ￣ｖｉｓ)㊁物理吸附仪(ＢＥＴ)等对其结构进行表征ꎬ以亚甲基蓝(ＭＢ)为目标化合物ꎬ评价了改性前后ｇ￣Ｃ３Ｎ４的光催化性能ꎬ结果发现超声剥离１２ｈ和微波辐照３０ｍｉｎ后的ｇ￣Ｃ３Ｎ４的比表面积显著提高㊁光生电子和空穴的复合率降低ꎬ光催化活性增强ꎬ对ＭＢ的降解率分别达到９６.４％和９０.２％ꎮ关键词:氮化碳ꎻ超声剥离ꎻ微波ꎻ光催化中图分类号:Ｏ６４３㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１０００￣９８５Ｘ(２０１８)０８￣１６９８￣０７ＰｈｙｓｉｃａｌＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇ￣Ｃ３Ｎ４ＷＵＸｉａｏ￣ｌｕ１ꎬＦＵＭｉｎ１ꎬ２ꎬＨＡＮＨｏｎｇ￣ｊｕ１ꎬＨＥＦｅｉ１ꎬＸＩＥＱｉａｏ１(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓꎬＣｈｏｎｇｑｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６７ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣａｔａｌｙｓｉｓａｎｄＮｅｗＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓꎬＣｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６７ꎬＣｈｉｎａ)㊀㊀基金项目:重庆市社会民生科技创新专项(ｃｓｔｃ２０１６ｓｈｍｓｚｘ２００１２)ꎻ重庆市高校优秀成果转化资助项目(ＫＪＺＨ１７１２２)ꎻ重庆市前沿与应用基础研究计划项目(ｃｓｔｃ２０１５ｊｃｙｊＡ２００１７)ꎻ重庆市教委项目(Ｋｊ１３０７０４)㊀㊀作者简介:吴晓璐(１９９３￣)ꎬ女ꎬ河南省人ꎬ硕士研究生ꎮ㊀㊀通讯作者:傅㊀敏ꎬ博士ꎬ教授ꎮＡｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｂｕｌｋｇ￣Ｃ３Ｎ４ｐｏｓｓｅｓｓｅｓａｌｏｗｓｕｒｆａｃｅａｒｅａａｎｄａｈｉｇｈｃｈａｒｇｅｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｒａｔｅ.Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｂｕｌｋｇ￣Ｃ３Ｎ４ｕｎｄｅｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔꎬｇ￣Ｃ３Ｎ４ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓａｎｄｐｏｒｏｕｓｇ￣Ｃ３Ｎ４ｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｍｉｃｒｏｗａｖｅｈｅａｔｅｄｍｅｔｈｏｄꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｐｒｉｓｔｉｎｅａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄｇ￣Ｃ３Ｎ４ｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＸＲＤꎬＦＴ￣ＩＲꎬＳＥＭꎬＵＶ￣ｖｉｓꎬＢＥＴａｎｄｓｏｏｎ.Ｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｇ￣Ｃ３Ｎ４ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓａｎｄｐｏｒｏｕｓｇ￣Ｃ３Ｎ４ｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄｂｙｄｅｇｒａｄａｔｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅ(ＭＢ)ｕｎｄｅｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆｇ￣Ｃ３Ｎ４ｗｈｉｃｈｕｙｌｔｒａｓｏｎｉｃｓｔｒｉｐｐｅｄｆｏｒ１２ｈａｎｄｍｉｃｒｏｗａｖｅｒａｄｉａｔｅｄｆｏｒ３０ｍｉｎｃｏｕｌｄｇｅｔａｂｖｉｏｕｓｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｎｓｕｒｆａｃｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｒｅａａｎｄｏｂｔａｉｎｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｎｔｈｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｐｈｏｔｏ￣ｇｅｎｅｒａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｎｓａｎｄｈｏｌｅｓ.Ｔｈｕｓｔｈｅｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓｃｏｕｌｄｅｎｈａｎｃｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｇ￣Ｃ３Ｎ４ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆＭＢｔｏ９６.４％ａｎｄ９０.２％ꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇ￣Ｃ３Ｎ４ꎻｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎꎻｍｉｃｒｏｗａｖｅꎻｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ１㊀引㊀㊀言当今人类社会面临环境污染和能源危机的两大挑战ꎮ近年来ꎬ光催化技术能有效地分解有害有机污染物ꎬ并在一定程度上解决环境和能源问题[１]ꎮ传统的半导体光催化剂主要由无机化合物组成ꎬ如ＴｉＯ２[２]㊁铋系光催化剂[３￣５]㊁Ｃｕ＠Ｃｕ２Ｏ核壳微球[６]及一些金属化合物的配合物ꎬ它们大多含有昂贵的金属元素[７]ꎮ第８期吴晓璐等:ｇ￣Ｃ３Ｎ４的物理改性及光催化性能研究１６９９㊀具有高量子效率㊁高可见光利用率和高稳定性的新型廉价非金属光催化剂的研究已经引起全世界的关注[８]ꎬ石墨碳氮化物(ｇ￣Ｃ３Ｎ４)由于其具有适合的带隙能量(２.７ｅＶ)[９]ꎬ高热稳定性ꎬ优异的电子性能以及独特的二维结构ꎬ已成为有潜力的非金属光催化材料ꎮｇ￣Ｃ３Ｎ４具有与石墨相类似的层状结构ꎬ理想的单层ｇ￣Ｃ３Ｎ４理论比表面积可达到２５００ｍ２ ｇ￣１ꎬ一般而言ꎬ催化剂的比表面积越大ꎬ则光催化性能越好[１０]ꎮ然而ꎬ用最简单的热聚法生成的ｇ￣Ｃ３Ｎ４是块状ꎬ比表面积低ꎬ且有较高的电子空穴复合率ꎬ限制了实际应用[１１￣１３]ꎮ针对其比表面积小的缺点ꎬ已有研究人员发现超薄的多孔ｇ￣Ｃ３Ｎ４纳米片[１４]有更大的比表面积ꎬ制备超薄的多孔ｇ￣Ｃ３Ｎ４纳米片有望提高其光催化性能ꎮＡｌｌａｈｙａｒｉ等[１５]发现超声波能增强催化剂活性组分的分散度ꎬ增大催化剂的比表面积ꎮＹａｎｇ等[１６]报道用异丙醇作为辅助液在超声作用下将块状ｇ￣Ｃ３Ｎ４剥离为ｇ￣Ｃ３Ｎ４纳米片ꎬ然而采用有机溶液作为辅助剂成本高ꎬ对环境有可能产生二次污染ꎻ在微波场中ꎬ吸收的微波辐照能量可能会引起催化剂晶格和表面结构的改变ꎬ从而改变催化剂的催化活性ꎮ本文研究了超声波和微波改性后ｇ￣Ｃ３Ｎ４的光催化性能ꎮ２㊀实㊀㊀验２.１㊀样品制备三聚氰胺(Ｃ３Ｈ６Ｎ６ꎬ９８.５％ＡＲ)和亚甲基蓝(Ｃ１６Ｈ１８ＣｌＮ３Ｓꎬ９８.５％ＡＲ)均产自成都市科龙化工试剂厂ꎮ所用水均为去离子水ꎮ２.１.１㊀块状ｇ￣Ｃ３Ｎ４的制备将１０ｇ三聚氰胺放入两个氧化铝坩埚中ꎬ加入去离子水ꎬ超声分散０.５ｈꎮ将混合物放入６０ħ烘箱下干燥１０ｈꎬ然后连同坩埚在５５０ħ条件下煅烧２ｈ(升温速率为１０ħ ｍｉｎ￣１)ꎬ冷却至室温后研磨干燥备用ꎬ并命名为ＣＮ￣Ｍꎮ２.１.２㊀超声改性ｇ￣Ｃ３Ｎ４将０.５ｇＣＮ￣Ｍ放于烧杯中ꎬ加入２０ｍＬ去离子水ꎬ放入超声波清洗器(ＫＱ￣２５０ＤＶ型)ꎬ分别超声２ｈ㊁４ｈ㊁８ｈ和１２ｈꎬ命名为ＣＮ￣Ｍ￣２ｈ㊁ＣＮ￣Ｍ￣４ｈ㊁ＣＮ￣Ｍ￣８ｈ和ＣＮ￣Ｍ￣１２ｈꎮ２.１.３㊀微波改性ｇ￣Ｃ３Ｎ４将０.５ｇ粉末ＣＮ￣Ｍ放于氧化铝坩埚ꎬ并置于家用微波炉(格兰仕Ｐ７０Ｄ２０ＴＬ￣Ｄ４型)在５６０Ｗ功率下分别照射５ｍｉｎ㊁１０ｍｉｎ和３０ｍｉｎꎬ并分别命名为ＣＮ￣Ｍ￣５ｍｉｎ㊁ＣＮ￣Ｍ￣１０ｍｉｎ和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎꎮ２.２㊀表㊀征采用日本岛津公司ＸＲＤ￣６０００型Ｘ射线衍射仪分析样品的物相和粒径(ＣｕＫα辐照ꎬ工作电压为４０ｋＶꎬ电流为３００ｍＡ)ꎻ用扫描电子显微镜(ＳＥＭꎬＪＳＭ￣７０００ＦꎬＪＥＯＬꎬ日本)观测样品的表面形貌ꎻ用ＡＳＡＰ２０２０型Ｎ２吸附￣脱附仪测定样品的比表面积和孔结构ꎬ５７３Ｋ下脱气２４ｈꎬ分析温度为７７Ｋꎮ用日本岛津公司的ＵＶ￣２５５０型紫外￣可见分光光度计测定样品的紫外￣可见漫反射光谱ꎬＢａＳＯ４作为参比物ꎮ在３５０ｎｍ激发波长下测量样品的光致发光(ＰＬꎬ日立Ｆ￣７０００ꎬ日本)光谱ꎬ狭缝宽度为２.５ｎｍꎬ光源为氙灯ꎮ２.３㊀催化剂活性评价将０.１ｇ催化剂加入１００ｍＬ浓度为１０ｍｇ Ｌ－１的亚甲基蓝染料溶液中ꎬ磁力搅拌至均匀的悬浮液ꎮ吸附在催化剂表面的亚甲基蓝分子在暗室中反应１ｈ后达到吸附￣解吸平衡ꎬ然后进行２ｈ的光照实验ꎬ光源为１２Ｗ的ＬＥＤ灯(光强度为２８ｍＷ/ｃｍ２ꎬ光距为１５ｃｍ)ꎮ光照一定的时间间隔吸取５ｍＬ悬浮液离心(５０００ｒ/ｍｉｎꎬ５ｍｉｎ)后取上清液ꎬ用于浓度测定ꎮ在０~１０ｍｇ Ｌ－１浓度范围内浓度Ｃ与吸光度Ａ成正比ꎮ亚甲基蓝溶液浓度通过ＵＶ/Ｖｉｓ光谱测定ꎬ在波长６６４ｎｍ下测定吸光度[１７]ꎮＭＢ的降解率(η)计算如下η(％)＝(１－Ｃｔ/Ｃ０)ˑ１００％(１)式中:其中Ｃ０是ＭＢ溶液吸附￣解吸平衡的浓度ꎬＣｔ是光催化反应后ｔ时刻ＭＢ溶液的浓度ꎮ１７００㊀人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４７卷３㊀结果与讨论３.１㊀物相分析图１是ＣＮ￣ＭꎬＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ的ＸＲＤ图ꎬ由图可见ꎬ在１３.１ʎ左右的峰与ＣＮ￣Ｍ样品中缩聚的三嗪单元有序排列有关ꎬ对应于样品(１００)峰ꎬ在２７.５ʎ的峰与共轭芳香烃的堆叠有关ꎬ是样品的(００２)峰[１８]ꎮＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ在１３.１ʎ左右的峰基本消失ꎬ这可能是改性后ＣＮ￣Ｍ中ＣＮ层的平面尺寸减小ꎬ三嗪结构数量减小ꎬ结晶度减小引起的[１９]ꎮＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ在２７.５ʎ的强峰向角度大的方面移动ꎬ(００２)晶面宽度和强度有所减弱ꎮ这意味着ꎬＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎＣＮ层分散度增大ꎬ且层数减小[２０]ꎮ图１㊀ＣＮ￣Ｍ㊁ＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ的ＸＲＤ谱Ｆｉｇ.１㊀ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＣＮ￣ＭꎬＣＮ￣Ｍ￣１２ｈꎬａｎｄＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎｓａｍｐｌｅｓ图２㊀ＣＮ￣Ｍ㊁ＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ的红外谱图Ｆｉｇ.２㊀ＦＴ￣ＩＲｓｐｅｃｔｒａｏｆＣＮ￣ＭꎬＣＮ￣Ｍ￣１２ｈꎬａｎｄＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎｓａｍｐｌｅｓ３.２㊀红外分析图２为ＣＮ￣Ｍ㊁ＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ的红外光谱图ꎬ在８０７ｃｍ￣１处的峰是由于三嗪振动模式吸收带ꎬ位于１６２７ｃｍ￣１ꎬ１４０６ｃｍ￣１ꎬ１３１５ｃｍ￣１和１２４６ｃｍ￣１处的峰对应于ｇ￣Ｃ３Ｎ４的典型Ｃ(ｓｐ２)￣ＮꎬＣ(ｓｐ２)＝Ｎ伸缩模式[２１]ꎬ在１０３５ｃｍ￣１处的峰值归因于Ｃ￣Ｎ杂环伸缩振动ꎮ改性前后特征峰相同ꎬ说明超声和微波辐照并没有使氮化碳中基团的振动光谱发生明显改变ꎮ图３㊀ＣＮ￣Ｍ(ａ)㊁ＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ(ｂ)㊁和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ(ｃ)的ＳＥＭ图Ｆｉｇ.３㊀ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＣＮ￣Ｍ(ａ)ꎬＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ(ｂ)ａｎｄＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ(ｃ)３.３㊀表面形貌分析图３为ＣＮ￣Ｍ(ａ)㊁ＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ(ｂ)和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ(ｃ)样品的扫描电子显微镜图(ＳＥＭ)ꎮ图３ａ可观察到块状ＣＮ￣Ｍ呈蓬松状ꎮ图３ｂ显示超声１２ｈ后样品呈薄层纳米片状ꎬｇ￣Ｃ３Ｎ４具有特殊的层状结构ꎬ层与层之间依靠弱的范德华力结合在一起ꎬ超声波产生的空化效应可以破坏层与层之间的范德华力ꎬ空化气泡溃陷产生射向固体表面的微射流束可以将块状的ｇ￣Ｃ３Ｎ４剥离为ｇ￣Ｃ３Ｎ４纳米片ꎮ图３ｃ显示微波辐照３０ｍｉｎ后的样品表面有类似 葡萄串 结构凸起ꎬ并有小孔存在ꎮ这可能是由于微波具有较强的穿透能力ꎬ它能深入催化剂内部加热并产生高温引起的ꎮ由于制备的ｇ￣Ｃ３Ｎ４的不均匀性ꎬ受第８期吴晓璐等:ｇ￣Ｃ３Ｎ４的物理改性及光催化性能研究１７０１㊀到微波照射的ｇ￣Ｃ３Ｎ４中各处的电场强度不同ꎬ在电场最强的地方会形成热点ꎬ这些不断变化的热点对ｇ￣Ｃ３Ｎ４的烧蚀构造了一系列表面缺陷ꎮ３.４㊀Ｎ２吸附￣脱附曲线图４(ａ)为ＣＮ￣Ｍ㊁ＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ样品的氮气吸附￣脱附等温线ꎬ图４(ｂ)为ＣＮ￣Ｍ㊁ＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ样品孔径分布图ꎮ由图４(ａ)可知ꎬ各样品的氮气吸附￣脱附等温线均属于Ⅳ型等温线(按ＢＤＤＴ分类)ꎬ是介孔(２~５０ｎｍ)材料的普遍类型ꎬ滞回环应属于Ｈ３型(按ＩＵＰＡＣ分类)[２２]ꎮ从图４(ｂ)ＣＮ￣Ｍ㊁ＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ富含大中孔(２０~６０ｎｍ)和小中孔(３.７７ｎｍ㊁３.５７ｎｍ㊁３.４６ｎｍ)ꎮ图４㊀ＣＮ￣ＭꎬＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ和ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ的氮气吸附￣脱附曲线及孔径分布曲线Ｆｉｇ.４㊀Ｎ２ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ￣ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｉｓｏｔｈｅｒｍｓａｎｄｐｏｒｅ￣ｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆＣＮ￣ＭꎬＣＮ￣Ｍ￣１２ｈａｎｄＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎｓａｍｐｌｅｓ由表１还可以看出ꎬ超声改性和微波辐照后样品比表面积增大ꎬ孔容积也相应增加ꎬ尤其是超声改性１２ｈ后的样品的比表面积是改性前样品的２倍多ꎬ这是由于超声剥离使颗粒尺寸及层厚度减小㊁同时形成了新的纳米片所致ꎮ微波辐照３０ｍｉｎ后的样品ꎬ由于微波辐照对ｇ￣Ｃ３Ｎ４的表面烧蚀ꎬ原有空穴深度延伸ꎬ制造了新的缺陷ꎬ并使比表面积也有所增大ꎮ大的比表面积可提供更多的活性位点ꎬ增强其吸附性能ꎬ有效提高反应速率ꎮ表１㊀不同样品的比表面积㊁孔径大小以及孔径的峰值Ｔａｂｌｅ１㊀ＳｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｓꎬｐｏｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｐｅａｋｐｏｒｅｓｉｚｅｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓＳａｍｐｌｅＡＢＥＴ/ｍ２ ｇ－１Ｔｏｔａｌｐｏｒｅｖｏｌｕｍｅ/ｃｍ３ ｇ－１Ｐｅａｋｐｏｒｅｓｉｚｅ/ｎｍＣＮ￣Ｍ８.７０.０２５３.７７ＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ１７.７０.０９３３.５７ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ１２.１０.０７４３.４６３.５㊀紫外￣可见漫反射光谱图５(ａ)为超声剥离改性前后样品的紫外￣可见漫反射光谱图ꎮ从５(ａ)可以看出ꎬＣＮ￣Ｍ的基底吸收边缘在４６０ｎｍ处ꎮ超声改性后样品的吸收边随着超声剥离时间的增加发生明显的蓝移ꎬＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ的吸收边缘在４５０ｎｍ左右ꎬ这是由于超声剥离后的ｇ￣Ｃ３Ｎ４样品的共轭长度减小以及量子限制效应增强所致[２３]ꎬ图５(ｂ)为微波辐照前后样品的紫外￣可见漫反射光谱图ꎬ微波辐照后ꎬ样品的吸收边随着辐照时间的增加发生红移ꎬＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ的吸收边缘红移到４７０ｎｍ左右ꎮ已有研究显示[２４]ꎬ微波辐照样品产生的缺陷会引起吸收带边的红移ꎮ３.６㊀光致发光光谱荧光光谱图可以反映光生载流子的分离和表面缺陷ꎮ为了研究样品的光生载流子的复合效率ꎬ对样品进行了荧光分析ꎮ图６(ａ)为超声改性前后样品的ＰＬ光谱图ꎮ可以看出ꎬ样品荧光强度随着超声改性时间的增加而降低ꎬ其中ＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ样品的荧光强度最低ꎬ其光生电子￣空穴复合率相对较低ꎬ而光催化活性测试１７０２㊀人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４７卷结果也表明ꎬＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ样品的光催化活性最高ꎮ图６(ｂ)为微波改性前后样品的ＰＬ光谱图ꎮ样品荧光强度随着微波辐照时间的增加而降低ꎬＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ样品的荧光强度最低ꎬ这是由于缺陷的增加降低了电子￣空穴复合率ꎬ从而提高了样品的光催化活性ꎮ图５㊀(ａ)ＣＮ￣Ｍ和ＣＮ￣Ｍ￣Ｘｈ(Ｘ＝２ꎬ４ꎬ８ꎬ１２)样品的紫外￣可见漫反射光谱图ꎻ(ｂ)ＣＮ￣Ｍ和ＣＮ￣Ｍ￣Ｙｍｉｎ(Ｙ＝５ꎬ１０ꎬ３０)样品的紫外￣可见漫反射光谱图Ｆｉｇ.５㊀(ａ)ＵＶ￣ｖｉｓＤＲＳｏｆＣＮ￣ＭａｎｄＣＮ￣Ｍ￣Ｘｈ(Ｘ＝２ꎬ４ꎬ８ꎬ１２)ｓａｍｐｌｅｓꎻ(ｂ)ＵＶ￣ｖｉｓＤＲＳｏｆＣＮ￣ＭａｎｄＣＮ￣Ｍ￣Ｙｍｉｎ(Ｙ＝５ꎬ１０ꎬ３０)ｓａｍｐｌｅｓ图６㊀(ａ)ＣＮ￣Ｍ和ＣＮ￣Ｍ￣Ｘｈ(Ｘ＝２ꎬ４ꎬ８ꎬ１２)样品的荧光光谱图ꎻ(ｂ)ＣＮ￣Ｍ和ＣＮ￣Ｍ￣Ｙｍｉｎ(Ｙ＝５ꎬ１０ꎬ３０)样品的荧光光谱图Ｆｉｇ.６㊀(ａ)ＰＬｓｐｅｃｔｒａｏｆＣＮ￣ＭａｎｄＣＮ￣Ｍ￣Ｘｈ(Ｘ＝２ꎬ４ꎬ８ꎬ１２)ｓａｍｐｌｅｓꎻ(ｂ)ＰＬｓｐｅｃｔｒａｏｆＣＮ￣ＭａｎｄＣＮ￣Ｍ￣Ｙｍｉｎ(Ｙ＝５ꎬ１０ꎬ３０)ｓａｍｐｌｅｓ图７㊀(ａ)ＣＮ￣Ｍ和ＣＮ￣Ｍ￣Ｘｈ(Ｘ＝２ꎬ４ꎬ８ꎬ１２)催化剂对亚甲基蓝的降解率ꎻ(ｂ)一级反应动力学图谱Ｆｉｇ.７㊀ＭＢｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ(ａ)ｏｆＣＮ￣ＭａｎｄＣＮ￣Ｍ￣Ｘｈ(Ｘ＝２ꎬ４ꎬ８ꎬ１２)ｓａｍｐｌｅｓａｎｄｆｉｒｓｔｋｉｎｅｔｉｃｐｌｏｔｓａｎｄｒａｔｅｃｏｎｓｔａｎｔｓｋ(ｂ)第８期吴晓璐等:ｇ￣Ｃ３Ｎ４的物理改性及光催化性能研究１７０３㊀３.７㊀光催化活性超声改性前后样品的光催化活性如图７所示ꎮ图７(ａ)表明ꎬ随着超声改性时间的增加ꎬ样品对亚甲基蓝溶液的降解率增加ꎬＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ对ＭＢ的降解率比ＣＮ￣Ｍ提高了２７％ꎬ可达到９６.４％ꎮ由图７(ｂ)可以看出ꎬＣＮ￣Ｍ￣１２ｈ基于一级动力学降解模型的降解速率常数是ＣＮ￣Ｍ样品的２.３倍ꎮ图８㊀(ａ)ＣＮ￣ＭａｎｄＣＮ￣Ｍ￣Ｙｍｉｎ(Ｙ＝５ꎬ１０ꎬ３０)催化剂对亚甲基蓝的降解率ꎻ(ｂ)一级反应动力学图谱Ｆｉｇ.８㊀ＭＢｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ(ａ)ｏｆＣＮ￣ＭａｎｄＣＮ￣Ｍ￣Ｙｍｉｎ(Ｙ＝５ꎬ１０ꎬ３０)ｓａｍｐｌｅｓａｎｄｆｉｒｓｔｋｉｎｅｔｉｃｐｌｏｔｓａｎｄｒａｔｅｃｏｎｓｔａｎｔｓｋ(ｂ)图８是微波辐照前后样品的光催化活性ꎬ图８(ａ)表明ꎬ微波改性后的样品表现出更优良的光催化性能ꎬ尤其是ＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ样品ꎬ可见光照射２ｈ后降解率比ＣＮ￣Ｍ高了１８％ꎬ可达到９０.２％ꎮ图８(ｂ)中ꎬＣＮ￣Ｍ￣３０ｍｉｎ基于一级动力学降解模型的降解速率常数为ＣＮ￣Ｍ的１.７倍ꎮ４㊀结㊀㊀论(１)借助超声波和微波辐射获得了改性ｇ￣Ｃ３Ｎ４ꎬ两种物理改性方法都可以显著提高样品的比表面积ꎬ并且能降低样品光生电子和空穴的复合率ꎬ从而改善样品的光催化性能ꎮ(２)超声波改性制备的ｇ￣Ｃ３Ｎ４纳米片和微波辐射获得的多孔ｇ￣Ｃ３Ｎ４对亚甲基蓝染料废水的降解率较未改性样品有明显提高ꎬ对ＭＢ的降解率分别达到９６.４％和９０.２％ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]黄柏标ꎬ王㊀朋ꎬ张晓阳ꎬ等.可见光光催化研究新进展[Ｊ].科学通报ꎬ２００９(６):８４７￣８４７.[２]ＤｉｎｇＸꎬＳｏｎｇＸꎬＬｉＰꎬｅｔａｌ.ＥｆｆｉｃｉｅｎｔＶｉｓｉｂｌｅＬｉｇｈｔＤｒｉｖｅｎＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＲｅｍｏｖａｌｏｆＮＯｗｉｔｈＡｅｒｏｓｏｌＦｌｏｗＳｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄＢꎬＮ￣ＣｏｄｏｐｅｄＴｉＯ２ＨｏｌｌｏｗＳｐｈｅｒｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１１ꎬ１９０(１￣３):６０４￣６１２.[３]ＨｕａｎｇＹꎬＡｉＺꎬＨｏＷꎬｅｔａｌ.ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＳｐｒａｙＰｙｒｏｌｙｓｉｓＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＰｏｒｏｕｓＢｉ２ＷＯ６ＭｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓａｎｄＴｈｅｉｒＶｉｓｉｂｌｅ￣Ｌｉｇｈｔ￣ＩｎｄｕｃｅｄＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＲｅｍｏｖａｌｏｆＮＯ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙＣꎬ２０１０ꎬ１１４(１４):６３４２￣６３４９.[４]ＡｉＺꎬＨｕａｎｇＹꎬＬｅｅＳꎬｅｔａｌ.Ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃα￣Ｂｉ２Ｏ３ＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒＥｆｆｉｃｉｅｎｔＲｅｍｏｖａｌｏｆＧａｓｅｏｕｓＮＯａｎｄＨＣＨＯｕｎｄｅｒＶｉｓｉｂｌｅＬｉｇｈｔＩｒｒａｄｉａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｌｌｏｙｓ＆Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓꎬ２０１１ꎬ５０９(５):２０４４￣２０４９.[５]ＺｈａｎｇＷꎬＤｏｎｇＦꎬＸｉｏｎｇＴꎬｅｔａｌ.ＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＢｉＯＢｒ￣ＧｒａｐｈｅｎｅａｎｄＢｉＯＢｒ￣ＧｒａｐｈｅｎｅＯｘｉｄｅＮａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈＥｎｈａｎｃｅｄＶｉｓｉｂｌｅＬｉｇｈｔＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ[Ｊ].ＣｅｒａｍｉｃｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌꎬ２０１４ꎬ４０(７):９００３￣９００８.[６]ＡｉＺꎬＺｈａｎｇＬꎬＬｅｅＳꎬｅｔａｌ.ＩｎｔｅｒｆａｃｉａｌＨｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＣｕ＠Ｃｕ２ＯＣｏｒｅ￣ＳｈｅｌｌＭｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓｗｉｔｈＥｎｈａｎｃｅｄＶｉｓｉｂｌｅ￣Ｌｉｇｈｔ￣ＤｒｉｖｅｎＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＡｃｔｉｖｉｔｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙＣꎬ２００９ꎬ１１３(４９):２０８９６￣２０９０２.[７]ＧｏｎｇＹꎬＬｉＭꎬＷａｎｇＹ.ＣａｒｂｏｎＮｉｔｒｉｄｅｉｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄＳｔｏｒａｇｅ:ＲｅｃｅｎｔＡｄｖａｎｃｅｓａｎｄＦｕｔｕｒｅＰｒｏｓｐｅｃｔｓ[Ｊ].Ｃｈｅｍｓｕｓｃｈｅｍꎬ２０１５ꎬ８(６):９３１￣９４６.[８]ＷａｎｇＸＣꎬＭａｅｄａＫꎬＴｈｏｍａｓＡＫꎬｅｔａｌ.ＡＭｅｔａｌ￣ｆｒｅｅＰｏｌｙｍｅｒｉｃＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒＨｙｄｒｏｇｅｎＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍＷａｔｅｒｕｎｄｅｒＶｉｓｉｂｌｅＬｉｇｈｔ[Ｊ].ＮａｔｕｒｅＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２００９(８):７６￣８０.[９]ＡｋｈｕｎｄｉＡꎬＨａｂｉｂｉ￣ＹａｎｇｊｅｈＡ.ＮｏｖｅｌＭａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙＳｅｐａｒａｂｌｅｇ￣Ｃ３Ｎ４/ＡｇＢｒ/Ｆｅ３Ｏ４ꎬＮａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｓＶｉｓｉｂｌｅＬ￣ｌｉｇｈｔ￣ＤｒｉｖｅｎＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓｗｉｔｈＨｉｇｈｌｙＥｎｈａｎｃｅｄＡｃｔｉｖｉｔｉｅｓ[Ｊ].ＣｅｒａｍｉｃｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌꎬ２０１５ꎬ４１(４):５６３４￣５６４３.１７０４㊀人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４７卷[１０]ＳａｎｏＴꎬＴｓｕｔｓｕｉＳꎬＫｏｉｋｅＫꎬｅｔａｌ.ＡｃｔｉｖａｔｉｏｎｏｆＧｒａｐｈｉｔｉｃＣａｒｂｏｎＮｉｔｒｉｄｅ(ｇ￣Ｃ３Ｎ４)ｂｙＡｌｋａｌｉｎｅＨｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌＴｒｅａｔｍｅｎｔｆｏｒＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＮＯＯｘｉｄａｔｉｏｎｉｎＧａｓＰｈａｓｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙＡꎬ２０１３ꎬ１(２１):６４８９￣６４９６.[１１]ＤｏｎｇＦꎬＷｕＬꎬＳｕｎＹꎬｅｔａｌ.ＥｆｆｉｃｉｅｎｔＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＰｏｌｙｍｅｒｉｃｇ￣Ｃ３Ｎ４ＬａｙｅｒｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓａｓＮｏｖｅｌＥｆｆｉｃｉｅｎｔＶｉｓｉｂｌｅＬｉｇｈｔＤｒｉｖｅｎＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１１ꎬ２１(３９):１５１７１￣１５１７４.[１２]ＬｉｕＪꎬＺｈａｎｇＹꎬＬｕＬꎬｅｔａｌ.Ｓｅｌｆ￣ＲｅｇｅｎｅｒａｔｅｄＳｏｌａｒ￣ＤｒｉｖｅｎＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＷａｔｅｒ￣ＳｐｌｉｔｔｉｎｇｂｙＵｒｅａＤｅｒｉｖｅｄＧｒａｐｈｉｔｉｃＣａｒｂｏｎＮｉｔｒｉｄｅｗｉｔｈＰｌａｔｉｎｕｍＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１２ꎬ４８(７０):８８２６￣８.[１３]ＺｈａｎｇＹꎬＬｉｕＪꎬＷｕＧꎬｅｔａｌ.ＰｏｒｏｕｓＧｒａｐｈｉｔｉｃＣａｒｂｏｎＮｉｔｒｉｄｅＳｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｖｉａＤｉｒｅｃｔｌｙＰｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＵｒｅａｆｏｒＥｆｆｉｃｉｅｎｔＳｕｎｌｉｇｈｔ￣ｄｒｉｖｅｎＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＨｙｄｒｏｇｅｎＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎ[Ｊ].Ｎａｎｏｓｃａｌｅꎬ２０１２ꎬ４(１７):５３００￣５３０３.[１４]ＤｏｎｇＦꎬＬｉＹꎬＷａｎｇＺꎬｅｔａｌ.ＥｎｈａｎｃｅｄＶｉｓｉｂｌｅＬｉｇｈｔＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＡｃｔｉｖｉｔｙａｎｄＯｘｉｄａｔｉｏｎＡｂｉｌｉｔｙｏｆＰｏｒｏｕｓＧｒａｐｈｅｎｅ￣Ｌｉｋｅｇ￣Ｃ３Ｎ４ꎬＮａｎｏｓｈｅｅｔｓｖｉａＴｈｅｒｍａｌＥｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＳｕｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１５ꎬ３５８:３９３￣４０３.[１５]ＡｌｌａｈｙａｒｉＳꎬＨａｇｈｉｇｈｉＭꎬＥｂａｄｉＡꎬｅｔａｌ.ＵｌｔｒａｓｏｕｎｄＡｓｓｉｓｔｅｄＣｏ￣ＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｆＮａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄＣｕＯ￣ＺｎＯ￣Ａｌ２Ｏ３ｏｖｅｒＨＺＳＭ￣５:ＥｆｆｅｃｔｏｆＰｒｅｃｕｒｓｏｒａｎｄＩｒｒａｄｉａｔｉｏｎＰｏｗｅｒｏｎＮａｎｏｃａｔａｌｙｓｔＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄＣａｔａｌｙｔｉｃＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｏｒＤｉｒｅｃｔＳｙｎｇａｓｔｏＤＭＥ[Ｊ].ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓＳｏｎｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１４ꎬ２１(２):６６３￣６７３.[１６]ＹａｎｇＳꎬＧｏｎｇＹꎬＺｈａｎｇＪꎬｅｔａｌ.ＥｘｆｏｌｉａｔｅｄＧｒａｐｈｉｔｉｃＣａｒｂｏｎＮｉｔｒｉｄｅＮａｎｏｓｈｅｅｔｓａｓＥｆｆｉｃｉｅｎｔＣａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒＨｙｄｒｏｇｅｎＥｖｏｌｕｔｉｏｎｕｎｄｅｒＶｉｓｉｂｌｅＬｉｇｈｔ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１３ꎬ２５(１７):２４５２￣２４５６.[１７]李芳柏ꎬ古国榜.亚甲基蓝溶液的光催化脱色及降解[Ｊ].环境污染与防治ꎬ１９９９ꎬ１２(６):１￣４.[１８]ＧｕＬꎬＷａｎｇＪꎬＺｏｕＺꎬｅｔａｌ.Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ￣Ｃ３Ｎ４￣ＨｙｂｒｉｄｉｚｅｄＴｉＯ２ＮａｎｏｓｈｅｅｔｓｗｉｔｈＲｅａｃｔｉｖｅ{００１}ＦａｃｅｔｓｔｏＥｎｈａｎｃｅｔｈｅＵＶ￣ａｎｄＶｉｓｉｂｌｅ￣ＬｉｇｈｔＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＡｃｔｉｖｉｔｙ[Ｊ].ＪＨａｚａｒｄＭａｔｅｒꎬ２０１４ꎬ２８６:２１６￣２２３.[１９]ＭａＴＹꎬＴａｎｇＹꎬＤａｉＳꎬｅｔａｌ.Ｐｒｏｔｏｎ￣ＦｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄＴｗｏ￣ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＧｒａｐｈｉｔｉｃＣａｒｂｏｎＮｉｔｒｉｄｅＮａｎｏｓｈｅｅｔ:ＡｎＥｘｃｅｌｌｅｎｔＭｅｔａｌ￣/Ｌａｂｅｌ￣ＦｒｅｅＢｉｏｓｅｎｓｉｎｇＰｌａｔｆｏｒｍ[Ｊ].Ｓｍａｌｌꎬ２０１４ꎬ１０(１２):２３８２￣９.[２０]ＺｈａｎｇＸꎬＸｉｅＸꎬＷａｎｇＨꎬｅｔａｌ.ＥｎｈａｎｃｅｄＰｈｏｔｏｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅＵｌｔｒａｔｈｉｎＧｒａｐｈｉｔｉｃ￣ｐｈａｓｅＣ３Ｎ４ＮａｎｏｓｈｅｅｔｓｆｏｒＢｉｏｉｍａｇｉｎｇ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０１３ꎬ１３５(１):１８￣２１.[２１]ＺｈｕＺꎬＬｕＺꎬＺｈａｏＸꎬｅｔａｌ.ＳｕｒｆａｃｅＩｍｐｒｉｎｔｉｎｇｏｆａｇ￣Ｃ３Ｎ４ＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒＥｎｈａｎｃｅｄＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＡｃｔｉｖｉｔｙａｎｄＳｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙＴｏｗａｒｄｓＰｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆ２￣Ｍｅｒｃａｐｔｏｂｅｎｚｏｔｈｉａｚｏｌｅ[Ｊ].ＲｓｃＡｄｖａｎｃｅｓꎬ２０１５ꎬ５(５１):４０７２６￣４０７３６.[２２]ＳｉｎｇＫＳ.ＲｅｐｏｒｔｉｎｇＰｈｙｓｉｓｏｒｐｔｉｏｎＤａｔａｆｏｒＧａｓ/ＳｏｌｉｄＳｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈＳｐｅｃｉａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅｔｏｔｈｅＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆＳｕｒｆａｃｅＡｒｅａａｎｄＰｏｒｏｓｉｔｙ[Ｊ].ＰｕｒｅＡｐｐｌＣｈｅｍꎬ１９８５ꎬ４:６０３￣６１９.[２３]ＡｌｉｖｉｓａｔｏｓＡＰ.ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｌｕｓｔｅｒｓꎬＮａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓꎬａｎｄＱｕａｎｔｕｍＤｏｔｓ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ１９９６ꎬ２７１(５２５１):９３３￣９３７.[２４]ＯｈＪＨꎬＬｅｅＨＷꎬＭａｎｎｓｆｅｌｄＳꎬｅｔａｌ.Ｓｏｌｕｔｉｏｎ￣ＰｒｏｃｅｓｓｅｄꎬＨｉｇｈ￣ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＮ￣ＣｈａｎｎｅｌＯｒｇａｎｉｃＭｉｃｒｏｗｉｒｅＴｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓｏｆＡｍｅｒｉｃａꎬ２００９ꎬ１０６(１５):６０６５￣７０.。
《g-C3N4基复合材料的合成及其光催化降解有机污染物性能研究》
《g-C3N4基复合材料的合成及其光催化降解有机污染物性能研究》摘要本篇研究旨在探究g-C3N4基复合材料的合成及其在光催化降解有机污染物方面的性能。
通过合成不同种类的g-C3N4基复合材料，本文将探讨其结构特性，以及在光催化降解过程中所表现出的性能。
实验结果表明，g-C3N4基复合材料具有良好的光催化性能，可有效降解有机污染物。
一、引言随着工业化的快速发展，有机污染物的排放已成为一个全球性的环境问题。
光催化技术作为一种环保、高效的处理方法，近年来备受关注。
g-C3N4作为一种新型的光催化材料，因其优异的可见光响应、良好的化学稳定性和制备简单等特点，受到了广泛关注。
然而，g-C3N4的光催化性能仍需进一步提高，以满足实际应用的需求。
因此，本研究旨在通过合成g-C3N4基复合材料，提高其光催化性能，并探究其在光催化降解有机污染物方面的应用。
二、g-C3N4基复合材料的合成1. 材料选择与制备本研究所采用的g-C3N4基复合材料主要包含g-C3N4与不同种类的催化剂或助剂进行复合。
具体制备过程包括前驱体的选择、热处理条件、催化剂或助剂的掺杂等步骤。
详细介绍了各步骤的参数设置及实验过程。
2. 结构表征通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段，对合成的g-C3N4基复合材料进行结构表征。
分析了材料的晶型、形貌、粒径等参数，为后续的性能研究提供了基础。
三、光催化降解有机污染物性能研究1. 实验方法选择常见的有机污染物（如染料、农药等）作为研究对象，通过模拟太阳光照射，评价g-C3N4基复合材料的光催化性能。
实验过程中，详细记录了实验条件、操作步骤及数据记录方法。
2. 结果与讨论（1）光催化降解效率：在模拟太阳光照射下，g-C3N4基复合材料对有机污染物的降解效率明显高于纯g-C3N4。
通过对比不同复合材料的光催化性能，发现某些复合材料具有更高的光催化活性。
此外，还探讨了复合材料中各组分的比例对光催化性能的影响。
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朱永法 清华大学化学系
zhuyf@ http://166.111.28.118
2014.12.02 北京，中国地质大学
室外空气污染的严重性
清华大学环境与能源催化实验室
制约健康的室内污染
• 我国每年由室内空 气污染引起的非正 常死亡人数达11.1万 人
• 光电协同催化提高C3N4光催化降解性能
2020/3/4
清华大学化学系
8
石墨结构C3N4的光催化应用
类石墨相氮化碳(g-C3N4)
共轭材料g-C3N4 优异半导体特性
可见光响应
载流子传输能力强 光生电子-空穴的 快速分离和迁移
Wang X C, et al. Nat Mater, 2009, 8, 76. Chen X, et al. J Am Chem Soc, 2009, 131, 11658. Goettmann F, et al. Angew Chem Int Edit, 2007, 46, 2717.
• 有68%的疾病是室 内污染造成的。
• 建筑材料 • 装饰材料 • 人的活动 • 室外污染物
清华大学环境与能源催化实验室
难以寻觅到清纯的流水
▪ 染料废水：主要工业废水之一，其毒性大，色泽深，严重危 害了生态环境。
▪ 农药污染：我国每年农药产量大约20万吨，还从国外进口农 药75万吨。通过喷施、地表径流及农药工厂的废水排入水体 中
光催化制氢 降解污染物 有机反应
提高g-C3N4的光催化性能
如何提
贵金属 沉积
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.
纳米结构提高光催化性能
• 多孔结构 • 单分子层纳米片结构
• 纳米棒结构 • 化学剪切量子点
普通 g-C3N4
形貌调控
纳米结构 g-C3N4
➢比表面积小 ➢粒径大 ➢量子产率低 ➢光催化性能差
➢几何尺寸小、比表面积大
➢光生电子空穴从体相内迁移
到表面的时间短
➢光生电子空穴复合的几率低
➢光催化性能好
11
多孔结构提高 C3N4的光催化性能
Langmuir， 2013, 29, 10566 Applied Catalysis B: Environmental，2014, 147,229
多孔g-C3N4研究进展
Fukasawa Y, et al. Chem Asian J, 2011, 6, 103. Park S S, et al. J Mater Chem, 2011, 21, 10801. Jun Y S, et al. Adv Mater, 2009, 21, 4270. Lee E Z, et al. Angew Chem Int Ed, 2010, 49, 9706. Chen X, et al. Chem Mater, 2009, 21, 4093. Groenewolt M,et al. Adv Mater, 2005, 17, 1789.
0
0.000
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
P/P 0
2 10 30 50 70 90 98
孔 径/nm
样品名 比表面积
孔体积
(m2g-1)
(cm3g-1)
4:1-8
29.5
0.170
4:1-6
25.7
0.148
4:1-4
23.6
清华大学环境与能源催化实验室
光催化的应用前景
家居内部
窗帘 、镜子、室内建材
居房外部
日光灯
太阳能利用
瓷砖, 玻璃, 涂料, 帐篷
光解水制氢
铝面板
CO2 的光还原
医疗器械及外设
医用导管
光催化剂
手术室 空气净化
+ 光照
汽车业
汽车镜、外涂料
空气净化器
二恶英降解
公路行业
6
水净化 环境激素降解 有机氯化物的降解
2020/3/4
Langmuir， 2013, 29, 10566
14
比表面积和孔分布
V /cm3 ห้องสมุดไป่ตู้-1 ads
孔 体积/cm3g-1nm-1
(a)
100 75 50 25
4:1-2 4:1-4 4:1-6 4:1-8
(b)
0.006
0.004
0.002
4:1-2 4:1-4 4:1-6 4:1-8
硬模板法：不环保，过程复杂
气泡模板法制备多孔C3N4
硫脲含量对形貌的影响
• 气泡模板法：以硫脲 和尿素为发泡剂，单氰
胺、双氰胺和三聚氰胺 作为聚合前驱体
• 多孔g-C3N4 呈絮状和 片状，表面有气泡状突 起及凹陷，厚度薄；
• 具有多孔结构和高比表 面积家；
• 制备方法简单、环保、 不会残留其他杂质；
▪ 洗涤剂污染：每年大量的洗涤剂进入水体，并难以降解； ▪ 工业污水：煤化工、石油化工、化工废水、矿山废水等；
Ref:国家环境保护总局.《长江三峡工程生态与环境监测公报》
清华大学环境与能源催化实验室
光催化技术的优势
1. 常温省能源：仅需低功率UV光源，不 需要加温；可以直接利用太阳光
2. 杀菌广普和能力强，无耐药性 3. 有毒有机物的彻底矿化，均可降解 4. 效率高，寿命长 5. 维护简单，运行费用底 6. 无污染，无毒，卫生安全
农残家水业留禽培农饲室药养净降场化解所除臭隧公隔NO道路音x照上墙的明用清灯镜除
光催化环境应用的关键问题
光催化应用于环境净化 存在问题
太阳能利用率低 电子空穴复合几率高
低浓度、难降解污染物
Fox M A, et al. Chem Rev, 1993, 93, 341. Hoffmann M R, et al. Chem Rev, 1995, 95, 69.
内容提要
• 纳米结构提高C3N4光催化活性
多孔结构、纳米片，纳米棒，量子点
• 价带调控提高C3N4光催化矿化能力和活性
C60，P3HT，TCNQ
• 核壳结构及掺杂提高C3N4光催化性能
C3N4@Ag，K掺杂
• 表面杂化结构提高光催化性能
C3N4@ZnO、C3N4@Bi2WO6、C3N4@BiPO4