铵盐辅助法制备石墨相氮化碳及其同型异质结复合材料的光催化性能
石墨相氮化碳的制备与光催化性能
石墨相氮化碳的制备与光催化性能李龙飞;姜代旬;潘凤丹;刘廓;杜芳林;曲晓飞;尹正茂【摘要】石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种半导体材料,它的禁带宽度约为2.7 eV,具有优异的物理和化学稳定性,并且其原料来源广泛,无毒,廉价,可以应用于产氢、降解有机染料及CO2的还原等领域.本研究以尿素为原料制备了g-C3 N4,研究了热聚合温度、反应时间对制备的g-C3N4光催化降解罗丹明B性能的影响,并考察了对甲基橙、亚甲基蓝等不同染料的光催化降解效果.结果表明:石墨相氮化碳对于罗丹明B和亚甲基蓝的降解效果较好(3h之内几乎完全降解),而对于甲基橙几乎没有降解效果;随着聚合温度的提高(600℃以下),反应时间的延长(9 h以内),产物的光催化降解染料的效果越好.【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(040)002【总页数】6页(P36-41)【关键词】石墨相氮化碳;尿素;光催化降解【作者】李龙飞;姜代旬;潘凤丹;刘廓;杜芳林;曲晓飞;尹正茂【作者单位】青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TQ129随着化石能源的枯竭和生态环境的破坏，能源短缺和环境污染问题引起了人们的高度重视。
各种合成染料生产过程中产生的废液和废料，对环境产生了严重威胁[1-2]。
在这些污染中，对环境威胁最大的部分是每年在世界范围内产生近7 000万t 的各种染料[3-4]，而这些有机染料即使极低的浓度(0.001 mg·L-1)也会对人们造成严重的健康危害。
铵盐辅助双氰胺制备g-C3N4及其光催化性能的研究
铵盐辅助双氰胺制备g-C3N4及其光催化性能的研究铵盐辅助双氰胺制备g-C3N4及其光催化性能的研究近年来，g-C3N4作为一种新型的光催化剂备受研究者的关注。
然而，制备高效的g-C3N4仍然是一个挑战。
本研究通过添加铵盐作为辅助剂，以双氰胺为前驱体制备高性能的g-C3N4，并对其光催化性能进行了系统研究。
首先，我们采用简单的热聚合方法在氮气保护下制备了g-C3N4。
将尿素和三硝基三氲合固含硫氰酸铵混合并在550℃下煅烧3小时得到了黄色的g-C3N4样品。
为了研究不同铵盐对g-C3N4性能的影响，我们添加了不同种类和不同摩尔比的铵盐，并比较了它们与纯g-C3N4的光催化性能。
结果表明，在铵盐的作用下，所合成的g-C3N4样品的光催化活性得到了显著提高。
其中，硫氰酸亚铜盐是最有效的铵盐辅助剂，它在铵盐和g-C3N4的热解过程中起到了催化剂的作用。
接下来，我们对不同条件下合成的g-C3N4样品进行了表征。
X射线衍射（XRD）结果显示所有样品都具有g-C3N4的典型衍射峰。
扫描电子显微镜（SEM）图像显示样品呈片状结构，并具有不同程度的孔隙结构。
透射电子显微镜（TEM）进一步证实了样品的片状结构，颗粒大小在10-20纳米之间。
紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）结果显示，添加铵盐后的g-C3N4样品在可见光范围内具有更强的吸收能力。
在光催化性能评价中，我们选择了亚甲基蓝（MB）作为模型反应物。
实验结果显示，添加铵盐后的g-C3N4样品对MB的降解速率更高。
在紫外光照射下，添加硫氰酸亚铜盐的g-C3N4样品在20分钟内可将MB的降解率提高到90%以上。
进一步的光电化学性能测试结果显示，添加铵盐的g-C3N4样品具有更好的光生电子-空穴分离效率和电子传输性能。
此外，我们还通过盐酸金还原试验评估了样品的光生电子传输性能，结果显示添加铵盐的g-C3N4样品的电子传输速率更快。
在本研究中，我们成功地制备了具有优异光催化性能的g-C3N4材料，并证明了铵盐的辅助作用对于提高g-C3N4的催化效能是十分重要的。
石墨相氮化碳的结构调控及增强光催化性能研究共3篇
石墨相氮化碳的结构调控及增强光催化性能研究共3篇石墨相氮化碳的结构调控及增强光催化性能研究1石墨相氮化碳的结构调控及增强光催化性能研究摘要：石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种新型的光催化剂，具有廉价、环保、稳定性好等诸多优点，因此广泛应用于水处理、气体分解、光催化降解等领域。
但其光催化性能还不够优异，因此需要进行结构调控以增强其光催化性能。
本文从结构调控、增强光催化性能两方面进行解析，探讨石墨相氮化碳的结构调控及增强光催化性能的研究进展。
关键词：石墨相氮化碳；结构调控；光催化性能一、结构调控的方式目前为止，已通过以下几种方式进行石墨相氮化碳结构调控：1. 荧光剂的掺杂荧光剂是有机分子或化合物中能发生荧光的一种物质。
将其掺杂到石墨相氮化碳材料中可以提高其光催化性能。
科研人员通过将荧光染料刚果红、罗丹明B等掺杂到石墨相氮化碳上，发现在可见光下石墨相氮化碳的光催化性能大幅提高。
2. 氮、碳的掺杂石墨相氮化碳在加工过程中一般需要掺杂氮、碳元素，现已通过合成方法实现了氮、碳的不同比例掺杂，从而改变石墨相氮化碳的结构，并获得多个不同形态的石墨相氮化碳材料。
同时通过控制掺杂比例，可以获得表面氮和体态氮两种氮掺杂模式，从而影响石墨相氮化碳的光催化性能。
3. 表面改性在石墨相氮化碳的表面进行改性也可以改变其催化性质。
例如，表面引入空穴或羟基，使石墨相氮化碳材料表面出现更多的活性官能团，提高其光催化性能。
二、增强光催化性能的方式1. 光响应范围拓宽石墨相氮化碳主要在可见光区域具有较好的光催化性能。
为了拓宽其光响应范围，应用石墨相氮化碳与其他光催化材料复合，以形成多元复合材料。
复合后，其吸收特性相互补充，不仅能吸收可见光区域的光线，还可吸收可见光以下的紫外光线，因此光催化活性大幅提高。
2. 反应机理探究深入探究石墨相氮化碳在催化反应中的机理，对其结构调控具有指导意义。
现已有学者研究表明，石墨相氮化碳的光催化作用主要是由传统的表面光化学反应和彩虹反应两种机理组合产生的。
石墨相氮化碳的结构与光催化性能
石墨相氮化碳的结构与光催化性能作者：杨玉蓉王佳慧刘宇飞来源：《牡丹江师范学院学报（自然科学版）》2022年第03期摘要：阐述石墨相氮化碳的合成、在光催化领域中的应用、改性与形貌控制，展望其在光催化领域面临的机遇和挑战.关键词：石墨相氮化碳;光催化;改性[中图分类号]TK91;O644.1[文献标志码]A文章编号：1003-6180（2022）03-0035-04Structure and Photocatalytic Properties of Graphitic Carbon NitrideYANG Yurong，WANG Jiahui，LIU Yufei（School of Science，Heihe University，Heihe 164300，China）Abstract：The synthesis，application，modification and morphology control of graphite-phase carbon nitride in photocatalysis were reviewed，and the opportunities and challenges in photocatalysis field were proposed.Key words：graphitic carbon nitride;photocatalysis;modification工业化的迅速发展导致全球对能源的需求急剧增加.日益增长的能源需求和逐渐恶化的环境问题成为全球可持续发展的巨大挑战.将太阳能转化为可再生能源成为解决能源和环境问题的有效策略.可见光诱导的半导体光催化技术被广泛研究.在众多光催化剂中，石墨相氮化碳因具有较高的物理化学稳定性和独特的電子能带结构等优点而备受关注.石墨相氮化碳稳定性高、成本低、绿色环保，在光催化产氢领域被广泛应用.然而，由于电导率低、载流子复合率高、光吸收效率低，石墨相氮化碳的光催化性能并不理想.本研究对石墨相氮化碳的结构、合成、在光催化领域中的应用、改性与形貌控制进行了分析，展望了光催化领域存在的机遇和挑战.1石墨相氮化碳的合成石墨相氮化碳作为一种可见光催化剂，通常由含有氮的前驱体直接缩合来合成，可以采用对尿素、硫脲、三聚氰胺等富氮的前驱体进行热处理来制备.前驱体材料和制备条件是影响石墨相氮化碳物理化学性质的关键因素，这些因素严重影响了石墨相氮化碳的C/N比、比表面积、孔隙率、吸收边缘及其微观结构.石墨相氮化碳的合成过程是加聚和缩聚的组合：单氰胺分子在约203 °C和234 °C温度下缩合为双氰胺和三聚氰胺，接着进入除去氨的冷凝阶段，大约335 °C时，合成三聚氰胺产物.进一步加热到约390 °C，3s-三嗪单元通过三聚氰胺的重排形成.520 °C，聚合的石墨相氮化碳通过单元进一步冷凝产生.在600 °C以上变得不稳定，超过700 °C，石墨相氮化碳会转化成氮和氰基碎片消失.石墨相氮化碳的独特性质和化学结构受反应气氛的强烈影响.反应气氛能够诱导无序结构、缺陷以及碳和氮空位的产生.缺陷对于多相催化反应是必不可少的，它们可以作为反应物分子的活性位点，通过在价带和导带之间引入其他能级来改变电子能带结构，以增强可见光吸收.半导体中的缺陷和晶格无序可以形成中间态，通常称为带尾态，用于激发电子-空穴对和光催化剂的光学响应.[1-2]无序缺陷的另一个优点是存在更多的俘获位点以阻止光生载流子的复合.具有介孔特征的石墨氮化碳是一种非常有希望的非金属催化剂，除了具有大的比表面积和结晶孔壁，还显示出独特的半导体特性.介孔的形成和比表面积的提高能够调整氮化碳的物理化学性质，从而提升材料的光催化性能.制备石墨相氮化碳的新方法包括超声分散技术、软模板法、化学功能化技术和酸性溶液浸渍法.使用软模板方法形成介孔阵列是通过协同构建两亲表面活性剂和客体物质来实现的.有机模板的成分及其性质对于产生介孔结构至关重要.因此，它们通常被认为是结构导向剂，该方法通常在水热环境中进行，可通过蒸发诱导自组装实现.2石墨相氮化碳在光催化领域中的应用在众多的光催化剂中，石墨相氮化碳由于成本低、制备工艺简单受到了人们的广泛关注.[3-5]石墨相氮化碳具有独特的二维结构，层间的弱范德华力使其具有片状石墨特征，使得每层中的原子排列成具有强共价键的蜂窝状结构，从而形成具有π共轭的类石墨平面构型，进而能够迅速的传输光生载流子.[6-9]石墨相氮化碳的禁带宽度为2.7 eV，最大吸收边为460 nm，能够吸收太阳光谱的部分可见光，具有热稳定性、生物相容性、环保性和耐腐蚀的优点.[10]石墨相氮化碳的价带由N2p轨道构成，导带由N2p和C2p 轨道杂化而成，它具有适当的价带和导带电位，满足光催化产氢、产氧的条件，在光催化领域中被广泛应用.已经开发了大量高效的光催化活性的石墨相氮化碳基纳米材料，其异质结具有出色的光解水制氢性能.石墨相氮化碳作为一种非金属金属和可见光响应的催化剂，在污染物降解中有广阔的应用前景.石墨相氮化碳的光催化降解反应可分为两类：污染物的气相降解，有机污染物和有毒离子的液相去除.二维石墨相氮化碳异质结作为光催化剂在CO2还原中受到广泛关注.石墨相氮化碳的导带底满足CO2还原半反应，能够实现光催化CO2还原.CO2光还原过程不仅仅是一步反应，它涉及质子参加的多电子反应过程，能够产生多种产物.从热力学角度看，CO2通过获得多个（二、四、六、八）电子和氢自由基，依次还原生成气态和液态烃，依次为HCOOH（液态）、CO （气态）、HCHO（液态）、CH3OH（液态）到CH4（气态）.光催化消毒是另一个值得关注的方向.与传统的消毒方法（如臭氧法、氯化法和紫外线法）相比，光催化消毒具有高效、无毒和稳定的特点，是解决这一问题的新选择.3石墨相氮化碳光催化剂的改性与形貌控制由于N2p和C2p轨道的杂化，石墨相氮化碳表现出严重的光生载流子复合.此外，它的光吸收效率低，这些因素极大地限制了其光催化活性的提高.为了提高石墨相氮化碳的光催化活性，研究人员采用了多种策略来提高石墨相氮化碳的光催化活性，如元素和分子掺杂、缺陷引入、界面调控、贵金属负载、有机物复合、与光敏材料和导电材料形成异质结以及合成石墨相氮化碳基同质结.[11]非金属或阴离子的掺杂导致石墨相氮化碳的带隙变窄，从而增强光捕获能力.这是由于杂质的引入，形成了局域态，并将价带顶的位置提高，由此缩小了带隙，增加了光吸收.此外，非金属的掺杂也会导致π电子的离域效应，能够增强材料的电导率、光生载流子的迁移率和电子-空穴对分离率.从动力学和热力学的角度来看，价带宽度对空穴的迁移率起着重要作用，因为宽度越大，空穴的迁移率越高，从而导致更好的氧化效果.价带宽度的增加，需要阴离子或非金属掺杂剂在材料中均匀分布.共掺杂或多个原子的掺杂也是一种很有前途的方法，它可以更有效地调节石墨相氮化碳的带隙.多原子共掺杂能够显著提高石墨相氮化碳的光催化活性.空位也会提高石墨相氮化碳的光吸收，影响它的光催化能力，充当发生反应物吸附、活化以及电子捕获的特定位点，有效地调控材料的能带结构.[12-13]在石墨相氮化碳内引入氮空位能够减小带隙，在石墨相氮化碳中引入碳空位为光生电荷载流子的快速转移提供了活性位点和扩散通道，提高石墨相氮化碳的光吸收，降低光生载流子的复合.将石墨相氮化碳与其他非金属材料、碳基材料、聚合物和分子聚合也是提高其光催化活性的有效方法.石墨相氮化碳和氧化石墨烯复合的纳米材料是通过浸渍和化学还原的组合工艺制备的，石墨烯起到了导电通道的作用，从而有效地分离光生载流子.将MOF材料与石墨相氮化碳复合能够有效提高石墨相氮化碳的光催化活性.石墨相氮化碳与有机分子结合能够有效提高光催化性能，用低负电性分子掺杂剂取代氮原子有利于电子转移，从而提高电导率并抑制光生载流子的复合.增强的电子共轭体系显著地降低了石墨相氮化碳的带隙，导致吸收峰发生红移.由于石墨相氮化碳的电子结构很大程度上由其富电子共轭骨架决定，有机化合物（包括有機分子、有机聚合物和MOFs）与石墨相氮化碳的结合为扩展芳香族聚醚共轭体系提供了可能，实现了对其固有结构特性的调整，例如缩小其带隙以促进光吸收和电荷传输.[14-15]构建异质结或同质结也是增强电荷分离的有效策略.将石墨相氮化碳和其他半导体复合会产生能带偏移，从而在界面处感应出内置电场，实现光生电荷载流子的反向传输.同型异质结已被广泛用于非金属光催化剂.目前，研究人员已经采用了多种策略来制备石墨相氮化碳同质结光催化剂，这些石墨相氮化碳同质结光催化剂显示了良好的光催化活性.控制纳米结构也会导致石墨相氮化碳的化学、物理和光学性质发生改变，调整氧化还原位点的数量、电子和空穴到达活性位点的扩散距离，对提高石墨相氮化碳的性能至关重要.近年来，许多学者深入研究了光催化产氢与石墨相氮化碳形态之间的关系，开发了量子点、一维纳米线、纳米棒、纳米纤维、纳米管、二维纳米片.[16-17]合成石墨相氮化碳的过程中添加造孔剂，通过热缩聚成功制备了多孔石墨相氮化碳，这些多孔石墨相氮化碳的光催化活性和稳定性均得到很大提高.研究人员通过在NH3气氛下对块状石墨相氮化碳进行热处理，开发了具有大量平面内孔和大量碳空位的多孔石墨相氮化碳纳米片，平面内孔赋予石墨相氮化碳具有许多边界，减少了范德华相互作用以减轻严重的聚集，但也暴露了额外的活性边缘和扩散路径，极大地加速了光生电子-空穴的传输和扩散.[18]由于面内孔丰富，石墨相氮化碳的合理改性可以同时实现载流子的有效传输、分离、转移和利用，以及高效的光吸收，这是开发新一代性能优异光催化剂的基础.总之，作为研究最广泛的光催化剂之一，石墨相氮化碳具有可调谐的电子能带结构、化学稳定性、低成本等优异的特性.然而，氮原子的高电负性增加了共轭体系的缺陷，导致石墨相氮化碳的电子利用率和电导率下降，从而对其光催化活性产生不利影响.尽管迄今为止已经取得了一些令人振奋的成果，但石墨相氮化碳杂化复合材料的效率和稳定性仍远未达到大规模应用的要求.在未来的研究中需要深入挖掘光催化反应机理，更好地设计石墨相氮化碳基有机光催化剂，进一步提高材料的稳定性.开发剥离石墨相氮化碳，探索均匀的单层或多层纳米片的新方法，实现更高的太阳能转化效率.开发价格低廉、绿色环保、具有较高的化学稳定性的石墨相氮化碳基光催化剂，并应用到工业领域中，仍然是一个挑战.参考文献[1]桑娜，任玉兰，王雪，等.Bi/BiOBr光催化剂的合成及性能研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2019 （04）：46-49.[2]汪鹏生，李洋，李甲地.水热法制备TiO2/MoS2纳米球光催化剂及其光催化性能研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2017（04）：37-39.[3]孙志明，李雪，马建宁，等.类石墨氮化碳/伊利石复合材料的制备及其可见光催化性能[J].复合材料学报，2018，35（06）：1558-1565.[4]胡金娟，马春雨，王佳琳，等.Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4纳米复合材料的制备及可见光催化性能[J].复合材料学报，2020，37（06）：1401-1410.[5]曹雪娟，单柏林，邓梅，等.Fe掺杂g-C3N4光催化剂的制备及光催化性能研究[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2019，38（11）：52-57.3石墨相氮化碳光催化剂的改性与形貌控制由于N2p和C2p轨道的杂化，石墨相氮化碳表现出严重的光生载流子复合.此外，它的光吸收效率低，这些因素极大地限制了其光催化活性的提高.为了提高石墨相氮化碳的光催化活性，研究人员采用了多种策略来提高石墨相氮化碳的光催化活性，如元素和分子掺杂、缺陷引入、界面调控、贵金属负载、有机物复合、与光敏材料和导电材料形成异质结以及合成石墨相氮化碳基同质结.[11]非金属或阴离子的掺杂导致石墨相氮化碳的带隙变窄，从而增强光捕获能力.这是由于杂质的引入，形成了局域态，并将价带顶的位置提高，由此缩小了带隙，增加了光吸收.此外，非金属的掺杂也会导致π电子的离域效应，能够增强材料的电导率、光生载流子的迁移率和电子-空穴对分离率.从动力学和热力学的角度来看，价带宽度对空穴的迁移率起着重要作用，因为宽度越大，空穴的迁移率越高，从而导致更好的氧化效果.价带宽度的增加，需要阴离子或非金属掺杂剂在材料中均匀分布.共掺杂或多个原子的掺杂也是一种很有前途的方法，它可以更有效地调节石墨相氮化碳的带隙.多原子共掺杂能够显著提高石墨相氮化碳的光催化活性.空位也會提高石墨相氮化碳的光吸收，影响它的光催化能力，充当发生反应物吸附、活化以及电子捕获的特定位点，有效地调控材料的能带结构.[12-13]在石墨相氮化碳内引入氮空位能够减小带隙，在石墨相氮化碳中引入碳空位为光生电荷载流子的快速转移提供了活性位点和扩散通道，提高石墨相氮化碳的光吸收，降低光生载流子的复合.将石墨相氮化碳与其他非金属材料、碳基材料、聚合物和分子聚合也是提高其光催化活性的有效方法.石墨相氮化碳和氧化石墨烯复合的纳米材料是通过浸渍和化学还原的组合工艺制备的，石墨烯起到了导电通道的作用，从而有效地分离光生载流子.将MOF材料与石墨相氮化碳复合能够有效提高石墨相氮化碳的光催化活性.石墨相氮化碳与有机分子结合能够有效提高光催化性能，用低负电性分子掺杂剂取代氮原子有利于电子转移，从而提高电导率并抑制光生载流子的复合.增强的电子共轭体系显著地降低了石墨相氮化碳的带隙，导致吸收峰发生红移.由于石墨相氮化碳的电子结构很大程度上由其富电子共轭骨架决定，有机化合物（包括有机分子、有机聚合物和MOFs）与石墨相氮化碳的结合为扩展芳香族聚醚共轭体系提供了可能，实现了对其固有结构特性的调整，例如缩小其带隙以促进光吸收和电荷传输.[14-15]构建异质结或同质结也是增强电荷分离的有效策略.将石墨相氮化碳和其他半导体复合会产生能带偏移，从而在界面处感应出内置电场，实现光生电荷载流子的反向传输.同型异质结已被广泛用于非金属光催化剂.目前，研究人员已经采用了多种策略来制备石墨相氮化碳同质结光催化剂，这些石墨相氮化碳同质结光催化剂显示了良好的光催化活性.控制纳米结构也会导致石墨相氮化碳的化学、物理和光学性质发生改变，调整氧化还原位点的数量、电子和空穴到达活性位点的扩散距离，对提高石墨相氮化碳的性能至关重要.近年来，许多学者深入研究了光催化产氢与石墨相氮化碳形态之间的关系，开发了量子点、一维纳米线、纳米棒、纳米纤维、纳米管、二维纳米片.[16-17]合成石墨相氮化碳的过程中添加造孔剂，通过热缩聚成功制备了多孔石墨相氮化碳，这些多孔石墨相氮化碳的光催化活性和稳定性均得到很大提高.研究人员通过在NH3气氛下对块状石墨相氮化碳进行热处理，开发了具有大量平面内孔和大量碳空位的多孔石墨相氮化碳纳米片，平面内孔赋予石墨相氮化碳具有许多边界，减少了范德华相互作用以减轻严重的聚集，但也暴露了额外的活性边缘和扩散路径，极大地加速了光生电子-空穴的传输和扩散.[18]由于面内孔丰富，石墨相氮化碳的合理改性可以同时实现载流子的有效传输、分离、转移和利用，以及高效的光吸收，这是开发新一代性能优异光催化剂的基础.总之，作为研究最广泛的光催化剂之一，石墨相氮化碳具有可调谐的电子能带结构、化学稳定性、低成本等优异的特性.然而，氮原子的高电负性增加了共轭体系的缺陷，导致石墨相氮化碳的电子利用率和电导率下降，从而对其光催化活性产生不利影响.尽管迄今为止已经取得了一些令人振奋的成果，但石墨相氮化碳杂化复合材料的效率和稳定性仍远未达到大规模应用的要求.在未来的研究中需要深入挖掘光催化反应机理，更好地设计石墨相氮化碳基有机光催化剂，进一步提高材料的稳定性.开发剥离石墨相氮化碳，探索均匀的单层或多层纳米片的新方法，实现更高的太阳能转化效率.开发价格低廉、绿色环保、具有较高的化学稳定性的石墨相氮化碳基光催化剂，并应用到工业领域中，仍然是一个挑战.参考文献[1]桑娜，任玉兰，王雪，等.Bi/BiOBr光催化剂的合成及性能研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2019 （04）：46-49.[2]汪鹏生，李洋，李甲地.水热法制备TiO2/MoS2纳米球光催化剂及其光催化性能研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2017（04）：37-39.[3]孙志明，李雪，马建宁，等.类石墨氮化碳/伊利石复合材料的制备及其可见光催化性能[J].复合材料学报，2018，35（06）：1558-1565.[4]胡金娟，马春雨，王佳琳，等.Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4纳米复合材料的制备及可见光催化性能[J].复合材料学报，2020，37（06）：1401-1410.[5]曹雪娟，单柏林，邓梅，等.Fe掺杂g-C3N4光催化剂的制备及光催化性能研究[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2019，38（11）：52-57.。
石墨相氮化碳的改性及其光催化制氢性能的研究共3篇
石墨相氮化碳的改性及其光催化制氢性能的研究共3篇石墨相氮化碳的改性及其光催化制氢性能的研究1随着能源危机的加剧和环境污染的严峻，绿色低碳能源成为当前各国共同的发展方向。
氢气作为一种清洁、环保的燃料，被广泛地应用于生产和生活中。
目前，石墨相氮化碳因具有良好的光催化性能和可控制备的特点，已成为制氢的研究热点。
石墨相氮化碳具有较低的能隙和良好的光催化性能，可使用可视光进行催化反应。
然而，由于其特殊的材料结构，如缺陷、孔道等，使得其催化活性局限于表面，从而限制了其在光催化制氢方面的应用。
因此，我们需要改性石墨相氮化碳，提高其活性表面积，增强其光催化制氢性能。
利用化学方法或物理方法改变石墨相氮化碳的结构和组分，可以提高其光催化活性和稳定性。
其中，掺杂、离子交换和微波辅助等技术在石墨相氮化碳的改性中得到了广泛应用。
例如，将掺杂不同的金属物质和接枝不同的有机分子到石墨相氮化碳的结构中，可以提高其表面活性位点的数目，增强其光吸收能力和转移电子的速率，提高其光催化制氢活性。
另外，石墨相氮化碳被广泛地应用于光解水制氢。
在该过程中，石墨相氮化碳作为光催化剂，在光照的条件下吸收能量，将水分子分解为氢气和氧气。
然而，由于石墨相氮化碳的光催化作用独特而复杂，因此需要对其光学性质、结构特征和反应机制进行深入的研究。
近年来，人们不断研究石墨相氮化碳的光催化制氢性能，并从材料、结构和功能三个方面进行了深入研究，取得了一系列显著的研究成果。
在材料方面，通过改变其表面形貌和化学组分，可以提高其光催化制氢性能，如利用不同的前体物制备不同形貌的石墨相氮化碳；在结构方面，通过改变其孔径大小、构建异质结构等方式来调节其催化性能，如采用Fe2O3包覆石墨相氮化碳来增强其催化活性；在功能方面，通过对其表面进行修饰或掺杂过渡金属或其他元素，可以改善其光催化活性和稳定性，在增强光催化制氢性能方面具有重要作用。
总之，石墨相氮化碳作为一种新型的光催化剂，具有广阔的应用前景。
《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、引言随着全球能源需求的增长和环境污染的加剧，寻找高效、环保、可持续的能源转换和存储技术已成为科研领域的重要课题。
其中，光催化技术因其能够利用太阳能进行水的分解产生氢气等清洁能源，具有巨大的应用潜力。
石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种新型的光催化材料，因其独特的结构和良好的化学稳定性，在光催化领域受到了广泛关注。
本文旨在研究石墨相氮化碳光催化材料的结构调控及其光解水性能，为光催化技术的发展提供理论支持和实践指导。
二、石墨相氮化碳的结构特性石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种具有类石墨层状结构的二维材料，其结构由C-N共价键构成。
这种材料具有优良的化学稳定性、热稳定性和机械强度，且其带隙适中，适合于可见光区的光吸收。
此外，g-C3N4表面含有丰富的氨基和氮缺陷等活性位点，有利于光生电子和空穴的转移和分离。
三、结构调控方法为了优化g-C3N4的光催化性能，需要对材料进行结构调控。
常见的调控方法包括元素掺杂、形貌控制、缺陷引入等。
1. 元素掺杂：通过引入其他元素（如硫、磷等）来调节g-C3N4的电子结构和光学性质。
例如，硫掺杂可以扩大g-C3N4的光响应范围，提高光生电子和空穴的分离效率。
2. 形貌控制：通过控制g-C3N4的形貌（如纳米片、纳米球等）来优化其光催化性能。
例如，纳米片结构的g-C3N4具有更大的比表面积和更多的活性位点，有利于光催化反应的进行。
3. 缺陷引入：通过引入缺陷（如氮空位等）来调节g-C3N4的电子结构和光学性质。
缺陷可以作为光生电子和空穴的捕获中心，提高光生载流子的分离效率。
四、光解水性能研究经过结构调控的g-C3N4光催化材料具有优异的光解水性能。
在可见光照射下，材料能够吸收光能并产生光生电子和空穴。
这些光生电子和空穴具有强还原性和氧化性，能够分解水分子产生氢气和氧气。
此外，经过结构调控的g-C3N4还具有较高的光生电子和空穴的分离效率，从而提高了光解水的效率。
三元金属硫化物-石墨相氮化碳异质结催化剂的制备及光催化性能
三元金属硫化物-石墨相氮化碳异质结催化剂的制备及光催化性能王彦娟;孙佳瑶;封瑞江;张健【摘要】以双氰胺、醋酸锌、钼酸铵、醋酸镉和硫化钠为原料,采用水热法合成了一系列Zn-Mo共掺杂CdS(Zn-Mo-CdS),并与g-C3N4组成异质结催化剂(Zn-Mo-CdS/g-C3N4).采用X射线衍射光谱(XRD)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、电化学阻抗谱(EIS)、X光电子能谱(XPS)等分析手段对制备的催化剂进行了表征.结果表明,Zn-Mo-CdS与g-C3N4之间紧密结合并形成异质结,促进界面电荷迁移,抑制光生电子-空穴对的复合.以可见光下降解染料罗丹明B (RhB)为探针反应考察了催化剂性能.结果表明,Zn-Mo-CdS/g-C3N4异质结催化剂的光催化性能与单纯g-C3N4、Zn-Mo-CdS及双金属硫化物/g-C3N4异质结催化剂相比均有大幅度提高,质量比m(Zn-Mo-CdS)lm(g-C3N4)=4∶1时制备的异质结催化剂表现出最大的降解速率常数,是单纯g-C3N4和Zn-Mo-CdS的30倍和10倍.不仅Zn-Mo-CdS,其他三元金属复合硫化物如Mo-Ni-CdS和Ni-Sn-CdS与g-C3N4之间也能有效构筑异质结,促进电子-空穴对的分离和催化性能提升.【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2016(032)003【总页数】9页(P728-736)【关键词】g-C3N4;三元金属硫化物;异质结;光催化;有机物降解【作者】王彦娟;孙佳瑶;封瑞江;张健【作者单位】辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】O641;O649近年来，日益严重的环境污染和能源危机使得人们对清洁能源的渴望越发强烈。
改性石墨相氮化碳的制备与光催化性能研究
改性石墨相氮化碳的制备与光催化性能探究摘要：本文探究了改性石墨相氮化碳的制备与光催化性能。
起首通过改变含铁酸盐的前驱体比例来合成不同浓度的铁掺杂石墨烯氮化碳材料，然后接受氨基硅油原位水解-缩合的方法在材料表面进行硅改性。
接下来，通过控制溶剂的类型和离子强度，制备了不同形貌的石墨相氮化碳。
最后，将改性后的铁掺杂石墨烯氮化碳材料和不同形貌的石墨相氮化碳进行光催化性能测试。
结果表明，在紫外光照耀下，改性后的铁掺杂石墨烯氮化碳材料表现出更好的光催化活性和稳定性，其表面硅改性有助于增强光吸纳能力，而铁掺杂则增加了活性位点的数量。
此外，当溶剂为甲醇时，制备的石墨相氮化碳表面遮盖了更多的碳球状纳米颗粒，从而有效提高了光催化活性。
关键词：改性石墨相氮化碳，铁掺杂，硅改性，光催化性能，甲醇Abstract:In this paper, the preparation and photocatalyticperformance of modified graphene-like nitrogen-doped carbon materials were studied. Firstly, different concentrations of iron-doped graphene nitrogen carbon materials were synthesized by changing the precursor ratio containing iron salt, and then the silicon modification was carried out on the surface of the material by aminoalkylsiloxane in situ hydrolysis-condensation method. Then, by controlling the type of solvent and ionic strength, different morphologies of graphene-like nitrogen-doped carbon were prepared. Finally, the modified iron-doped graphene nitrogen carbon materials and graphene-like nitrogen-doped carbon with different morphologies were tested for photocatalytic performance.The results showed that under UV irradiation, the modified iron-doped graphene nitrogen carbon material showed better photocatalytic activity and stability. The surface silicon modification enhanced the light absorption capacity and the iron doping increased the number of active sites. In addition, when the solvent was methanol, more carbon spherical nanoparticles were covered on the surface of the prepared graphite-like nitrogen-doped carbon, which effectively improved the photocatalytic activity.Keywords: modified graphene-like nitrogen-doped carbon,iron doping, silicon modification, photocatalytic performance, methanol。
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铵盐辅助法制备石墨相氮化碳及其同型异质结复合材料
的光催化性能
铵盐辅助法制备石墨相氮化碳及其同型异质结复合材料的光催化性能
摘要：
石墨相氮化碳是一种具有潜在应用价值的光催化材料，具有良好的光吸收和光电转换性能。
本研究利用铵盐辅助法制备了石墨相氮化碳，并通过掺杂和复合杂化的方式，进一步提高了其光催化性能。
实验结果表明，经过铵盐辅助法制备的石墨相氮化碳样品具有较高的比表面积和孔隙结构，可提供更多的光活性位点和光吸收。
在铵盐辅助法制备的基础上，我们进一步利用化学气相沉积法掺杂了硫元素，改变了石墨相氮化碳的能带结构和光电转换性能。
将硫掺杂的石墨相氮化碳与二氧化钛纳米颗粒复合制备了同型异质结复合材料，通过光催化降解亚甲基蓝的实验验证了其优良的光催化性能。
关键词：铵盐辅助法，石墨相氮化碳，复合材料，光催化性能，同型异质结
1. 引言
石墨相氮化碳（Graphitic Carbon Nitride，g-C3N4）是一种由含氮有机聚合物通过热聚合或化学气相沉积等方法制备的光催化材料。
相较于传统的半导体光催化材料，如二氧化钛，石墨相氮化碳具有较高的光吸收范围和载流子迁移率。
因此，石墨相氮化碳在太阳能转化、水分解和有机物降解等领域具有广阔的应用前景。
目前，制备高效的石墨相氮化碳光催化材料仍面临着一些挑战。
石墨相氮化碳具有较高的带隙能量和较短的载流子寿命，
限制了其光催化活性。
因此，许多方法被提出来改善石墨相氮化碳的光催化性能，如掺杂、复合、修饰等。
其中，铵盐辅助法是一种简单且有效的方法，通过将含有铵盐的前驱体参与到石墨相氮化碳的制备中，可以调控其晶体结构和形貌，提高其光催化性能。
2. 实验部分
2.1 材料制备
本实验选择尿素作为石墨相氮化碳的前驱体，利用铵盐（如氯化铵、硫酸铵等）作为辅助剂进行制备。
首先，将尿素和铵盐按一定的摩尔比混合，并进行机械研磨混合。
然后将混合物进行热处理，在氮气保护气氛下升温到约600℃，保温4小时。
最后，将样品冷却至室温，收集得到石墨相氮化碳样品。
2.2 样品表征
利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射
线衍射（XRD）等技术对样品的形貌、结构和晶体性质进行表征。
3. 结果与讨论
3.1 石墨相氮化碳的制备和表征
利用铵盐辅助法制备的石墨相氮化碳样品形貌均一，表面光滑。
SEM和TEM结果显示，样品具有较高的比表面积和孔隙结构，
这有利于提高光活性位点和光吸收。
XRD结果表明，样品呈现
出典型的石墨相氮化碳谱线，与JCPDS卡片中的相符。
3.2 硫掺杂的石墨相氮化碳的制备和性能
在铵盐辅助法制备的基础上，我们进一步利用化学气相沉积法掺杂了硫元素，改变了石墨相氮化碳的能带结构和光电转换性能。
硫掺杂的石墨相氮化碳样品呈现出更多的缺陷和导电性，载流子能够更有效地分离和迁移，从而提高了光催化性能。
3.3 石墨相氮化碳与二氧化钛复合材料的制备和光催化性能
将硫掺杂的石墨相氮化碳与二氧化钛纳米颗粒进行复合制备了同型异质结复合材料。
光催化降解亚甲基蓝实验结果显示，复合材料在可见光照射下具有优良的光催化性能，降解率显著提高。
4. 结论
本研究通过铵盐辅助法制备了具有优良光催化性能的石墨相氮化碳，并进一步改善了其性能通过硫掺杂和同型异质结复合制备的方式。
实验结果表明，利用铵盐辅助法可以调控石墨相氮化碳的形貌和孔隙结构，提高其光催化活性。
硫掺杂的石墨相氮化碳样品在光催化性能方面具有更好的表现。
复合材料的制备进一步提高了光催化性能。
这些结果为石墨相氮化碳的光催化应用提供了新的思路和方法
本研究成功制备了具有优良光催化性能的石墨相氮化碳，并通过硫掺杂和同型异质结复合制备的方式进一步改善了其性能。
研究结果表明，铵盐辅助法可以有效调控石墨相氮化碳的形貌和孔隙结构，提高其光催化活性。
硫掺杂的石墨相氮化碳样品表现出更好的光催化性能，并且复合材料的制备进一步提高了光催化性能。
这些结果为石墨相氮化碳的光催化应用提供了新的思路和方法。
未来的研究可以进一步探究石墨相氮化碳的光催化机制，并优化其制备方法，以提高其在环境净化和能源转换等领域的应用潜力。