g-c3n4纳米片的合成及可见光催化降解亚甲基蓝

合集下载

Bi2O3_g_C3N4_省略_的合成及其可见光降解亚甲基蓝研究_黄立英

ＨｕａｎｇＬｉｙｉｎｇＬｉＹｅｐｉｎｇＬｉＨｕａｍｉｎｇＸｕＨｕｉＸｕＹｕａｎｇｕｏＣｈｅｎｇＸｉａｏｎｏｎｇ
（ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３）
ＡｂｓｔｒａｃｔＮｏｖｅｌｇ－Ｃ３Ｎ４／Ｂｉ２Ｏ３ｃபைடு நூலகம்ｍｐｏｓｉｔｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓｗｅｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙａｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｓａｍｐｌｅｓ
１．１试剂和仪器
二氰二胺、硝酸铋、亚甲基蓝均为分析纯（国药集团化学试剂有限公司）；实验用水为去离子水。
电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；高速离心机（Ｈ－１６５０型），湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；紫外可见分光光度计（ＵＶ－２４５０型），日本岛津公司；红外光谱仪（Ｎｉｃｏ－ｌｅｔＮｅｘｕｓ４７０型），美国尼高力公司；管式炉，天津中环实验电炉公司；高亮度氙灯光源系统（ＣＨＦ－ＸＭ－５００Ｗ型），北京畅拓科技有限公司；光化学反应仪（ＤＷ－０１型），扬州大学教学仪器厂；紫外可见分光光度计（ＴＵ－１８１０型），北京普析通用仪器有限责任公司。
摘要采用煅烧法合成Ｂｉ２Ｏ３／ｇ－Ｃ３Ｎ４复合光催化剂。利用Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、红外光谱（ＦＴ－ＩＲ）、紫外－可见漫反射（ＵＶ－Ｖｉｓ）和荧光光谱（ＰＬ）等手段对催化剂的结构和光学性能进行表征。结果表明：复合光催化剂由Ｂｉ２Ｏ３和ｇ－Ｃ３Ｎ４组成，其在可见光区的吸收较Ｂｉ２Ｏ３和ｇ－Ｃ３Ｎ４有所提高，荧光强度较ｇ－Ｃ３Ｎ４有所降低。光催化亚甲基蓝结果显示：在可见光下照射３ｈ，Ｂｉ２Ｏ３／ｇ－Ｃ３Ｎ４（１２．３％）光催化剂对亚甲基蓝的降解率达９１％，表观降解速率常数（ｋ）为０．７４ｈ－１，分别是Ｂｉ２Ｏ３和ｇ－Ｃ３Ｎ４的４．１倍和２．４倍。Ｂｉ２Ｏ３／ｇ－Ｃ３Ｎ４复合光催化剂具有比Ｂｉ２Ｏ３和ｇ－Ｃ３Ｎ４更高的可见光催化活性。

g-C3N4及其复合材料的制备及光降解性能的研究的开题报告

g-C3N4及其复合材料的制备及光降解性能的研究的开题报告一、研究背景和意义纳米材料是一种组织结构在纳米尺度范围内的材料，纳米材料由于其高比表面积、小尺寸效应等特点，具有与传统材料完全不同的特殊物理、化学和生物学性质，对于环境治理和生态保护具有重要的意义。

其中，纳米半导体材料具有良好的光催化性能和吸光能力，这使得它们在处理有机废水、水中有毒物质和空气中的污染物等方面具有广泛应用前景。

常用的纳米半导体材料包括二氧化钛（TiO2）、氮化硼（BN）、二硫化钼（MoS2）等。

其中具有独特优势的是氮化碳（g-C3N4）材料，因其优异的化学稳定性、低毒性和较高的光催化性能而备受关注。

此外，g-C3N4材料还可以与其他纳米材料组成复合材料，具有独特的光电催化性能和催化机制。

因此，本文旨在研究g-C3N4及其复合材料的制备方法和光降解性能，为环境治理和污染物治理提供新方案。

二、研究内容和方法1. 制备g-C3N4纳米材料和复合材料本研究将采用模板法、热聚合法、溶胶-凝胶法等方法制备g-C3N4纳米材料，并将其与各种纳米材料如二氧化钛、氧化铜、氢氧化铁等进行复合。

同时调控反应参数，探究制备工艺对材料性能的影响。

2. 表征材料结构和性质利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等分析表征手段研究材料的物理结构和化学性质。

3. 研究光催化分解有机污染物利用紫外可见光束测试仪，评价g-C3N4和复合材料对有机污染物（如罗丹明B）降解的光催化性能，研究不同反应条件下反应速率和降解效率的变化规律。

4. 探究光催化机制通过实验和理论研究，探究g-C3N4和复合材料光催化降解有机污染物的机制，进一步深化对材料性质和催化机制的认识。

三、研究预期成果本研究预期实现以下成果：1. 成功制备g-C3N4纳米材料和多种复合材料，并探究制备工艺对材料性质的影响。

2. 对制备的材料进行充分表征，并明确其物理结构和化学性质。

金属镍掺杂g-C_3N_4的制备及其光降解性能

金属镍掺杂g-C_3N_4的制备及其光降解性能郑小刚;杜京城;李子黎;付孝锦;由耀辉;刘勇【期刊名称】《人工晶体学报》【年(卷),期】2017(46)5【摘要】采用浸渍法制备不同掺杂量的负载型光催化剂Ni/g-C_3N_4,并考察其在可见光照下对亚甲基蓝的光降解性能。

利用XRD、FT-IR、SEM、TEM、XPS、N2-sorption和ICP-OES等手段表征Ni/g-C_3N_4样品。

研究表明,Ni/g-C_3N_4催化剂的光催化活性随着金属镍粒子掺杂量的增加而增大,随着亚甲基蓝浓度的增大而减小,其中金属镍掺杂量4.0wt%的样品4-Ni/g-C_3N_4表现出优异的光催化活性和光降解稳定性。

这是由于4-Ni/g-C_3N_4样品的光降解过程中产生了超氧自由基、羟基自由基和空穴等活性物质,其中超氧自由基起主导作用。

金属Ni0离子在光生电子作用下生成Ni^(2+),O_2分子得到电子生成O_2~·-自由基。

这些活性物质的产生有助于光生电子-空穴对的分离和抑制其复合速率,从而实现可见光下高效催化降解亚甲基蓝。

【总页数】7页(P950-956)【关键词】Ni/g-C3N4;掺杂效应;亚甲基蓝;光降解性能【作者】郑小刚;杜京城;李子黎;付孝锦;由耀辉;刘勇【作者单位】内江师范学院化学化工学院【正文语种】中文【中图分类】TQ13【相关文献】1.金属离子掺杂氢氧化镍的制备、结构与电化学性能 [J], 于非;周震涛;谢德梅2.金属离子掺杂氢氧化镍的制备、结构与电化学性能 [J], 于非;周震涛;谢德梅3.磷钨酸掺杂高比表面积g-C_3N_4催化剂的制备及其光催化性能 [J], 张杰;蔡天凤;李会鹏;赵华4.g-C_3N_4/CdMoO_4复合光催化材料的制备及其可见光降解磺胺噻唑 [J], 石炜;刘辉;戴珂;杨子欣;陈浩5.Ag掺杂优化g-C_3N_4结构及提升可见光降解性能的研究 [J], 周俞辰;李章;刘梦月;程馨颖;薛锦;李政东;王鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。

g-C3N4负载铁钴双金属催化过硫酸氢盐降解亚甲基蓝

g-C3N4负载铁钴双金属催化过硫酸氢盐降解亚甲基蓝王佳莹;孙德栋;孙义才;何强;马春;王国文;张新欣;郝军;吴璇【摘要】以液相还原法制备石墨相氮化碳(g-C3N4)负载纳米铁钴双金属催化剂用于催化过硫酸氢盐(PMS)降解亚甲基蓝废水,并对其进行了表征.结果显示:双金属颗粒分布在g-C 3N 4的褶皱中且进入晶格中.制得的催化剂和纯g-C3N4相比表现出了更高的降解率.常温下,pH=7,g-C3N4与铁的质量比为1:1,钴的质量分数为10％,催化剂投加质量浓度为50 mg/L,PMS投加质量浓度为600 mg/L,反应30 min后,亚甲基蓝的降解率为88.4％.【期刊名称】《工业水处理》【年(卷),期】2018(038)011【总页数】4页(P66-69)【关键词】石墨相氮化碳;双金属催化剂;过硫酸氢盐;硫酸根自由基【作者】王佳莹;孙德栋;孙义才;何强;马春;王国文;张新欣;郝军;吴璇【作者单位】大连工业大学轻工与化学工程学院,辽宁大连116034;大连工业大学轻工与化学工程学院,辽宁大连116034;大连工业大学轻工与化学工程学院,辽宁大连116034;大连工业大学轻工与化学工程学院,辽宁大连116034;大连工业大学轻工与化学工程学院,辽宁大连116034;大连工业大学轻工与化学工程学院,辽宁大连116034;大连工业大学轻工与化学工程学院,辽宁大连116034;大连工业大学轻工与化学工程学院,辽宁大连116034;大连工业大学轻工与化学工程学院,辽宁大连116034【正文语种】中文【中图分类】X703染料广泛应用于各行各业，但其含有的多种难降解物质对环境产生了严重影响，染料废水大多具有生物毒性和致癌、致畸、致突变三致性能。

因此寻找合适的方式降解染料废水对环境具有保护意义〔1〕。

和传统氧化技术中所使用的·OH相比，硫酸根自由基（SO4·-）具有更高的氧化还原电位。

研究表明，利用Co2+催化KHSO5可以产生以SO4·-为主的活性物种，而且反应条件简单，自由基生成速率高，被普遍认为是一种较好的产生SO4·-的方法〔2〕。

光激性ZnO@g-C3N4_异质结的制备与可见光降解亚甲基蓝

第36卷第2期2024年4月沈阳大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e)V o l.36,N o.2A p r.2024文章编号:2095-5456(2024)02-0091-09光激性Z n O@g-C3N4异质结的制备与可见光降解亚甲基蓝王建华a,b,张儒男a,惠鑫a(沈阳大学a.师范学院,b.辽宁省微纳材料研究与开发重点实验室,辽宁沈阳110044)摘要:以尿素和三聚氰胺为原材料,通过热聚合制备层状多孔g-C3N4材料㊂以醋酸锌为锌源, g-C3N4为基体材料,水热法制备异质结构Z n O@g-C3N4材料㊂利用X射线衍射㊁扫描电镜㊁透射电镜㊁荧光光谱和紫外/可见光漫反射光谱等手段对Z n O@g-C3N4材料进行表征㊂结果表明,g-C3N4和Z n O@g-C3N4具有多孔片层结构,并且Z n O均匀分布于片层g-C3N4表面,形成异质结构㊂荧光光谱说明Z n O@g-C3N4异质结构加快了电子和空穴的迁移,降低了电子和空穴的复合率㊂紫外/可见光漫反射光谱监测亚甲基蓝的特征峰变化,证明了Z n O@g-C3N4异质催化剂可有效降解亚甲基蓝染料㊂Z n O@g-C3N4催化后离心回收循环利用,多次循环后降解效率未明显降低,说明Z n O@g-C3N4可以重复利用㊂关键词:可见光催化;异质结构;氧化锌;g-C3N4;亚甲基蓝中图分类号:O643.3文献标志码:AS y n t h e s i so fP h o t o-E x c i t e d Z n O@g-C3N4H e t e r o j u n c t i o na n d P h o t o c a t a l y t i cM e t h y l e n eB l u eU n d e rV i s i b l eL i g h t I r r a d i a t e d WA N GJ i a n h u a a,b,Z HA N GR u n a n a,HU IX i n a(a.N o r m a l C o l l e g e,b.L i a o n i n g P r o v i n c i a l K e y L a b o r a t o r y o f M i c r o-N a n o M a t e r i a l s R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t,S h e n y a n g U n i v e r s i t y,S h e n y a n g110044,C h i n a)A b s t r a c t:T h e g-C3N4w a ss y n t h e s i z e db y t h e r m a l p o l y m e r i z a t i o n,i n w h i c ht h eu r e aa n d m e l a m i n e a s t h e s o u r c e s.T h e Z n O@g-C3N4h e t e r o j u n c t i o nw a s s y n t h e s i z e d b y h y d r o t h e r m a l m e t h o d,i n w h i c h g-C3N4a s m a t r i xa n dz i n ca c e t a t ea sz i n cs o u r c e s.T h e p e r f o r m a n c eo f Z n O@g-C3N4h e t e r o j u n c t i o n w a s c h a r a c t e r i z e d b y X R D,S E M,T E M P L a n d U V/V i s s p e c t r u m.T h e p o r o u s m u l t i l a y e r g-C3N4a n dZ n O@g-C3N4m a t e r i a l sw e r es y n t h e s i z e db y t h e r e s u l t s o fX R D,S E Ma n dT E M.T h eZ n On a n o p a r t i c l e sw a s u n i f o r m l y d i s p e r s e d i n t h e s u r f a c eo f g-C3N4.T h e h e t e r o j u n c t i o n w a sf o r m e d b e t w e e nt h e Z n O a n d g-C3N4.T h e f l u o r e s c e n c e i n t e n s i t y o f t h e g-C3N4w a s d e c r e a s e dw i t h t h e i n c r e a s i n g o f d o p e dZ n O c o n t e n t. T h eh e t e r o j u n c t i o nw a s f o r m e d a c c o r d i n g t h e c h a n g e d f l u o r e s c e n c e i n t e n s i t y.T h em i g r a t i o n o f e l e c t r o nh o l e sw a s a c c e l e r a t e d a n d t h e r e c o m b i n a t i o n r a t e o f e l e c t r o n s h o l e s r e d u c e d b y t h e h e t e r o j u n c t i o n.T h e c o n t e n to fm e t h y l e n eb l u ew a sm o n i t o r e db y U V/V i ss p e c t r u m w h i c h d e t e r m i n e d b y c h a r a c t e r i s t i c w a v e l e n g t h664n m.T h e m e t h y l e n e b l u e w a s t h o r o u g h l y d e g r a d e db y Z n O@g-C3N4w h i c h w a si r r a d i a t e d u n d e rv i s i b l el i g h t.T h e Z n O@g-C3N4 m a t e r i a l sw e r er e c y c l e da n dr e u s e db y c e n t r i f u g a t i o n w i t ht e nt i m e s.T h eZ n O@g-C3N4 m a t e r i a l s s h o w e d h i g h c a t a l y t i c a c t i v i t y a n d e x c e l l e n t s t a b i l i t y a c c o r d i n g t o t h e d e c o m p o s i t i o n o fm e t h y l e n eb l u e a f t e r r e c y c l e da n d r e u s e d s e v e r a l t i m e s.K e y w o r d s:p h o t o c a t a l y t i c;h e t e r o j u n c t i o n;z i n c o x i d e;g-C3N4;m e t h l e n eb l u e收稿日期:20230725基金项目:国家自然科学基金资助项目(51472166);辽宁省自然科学基金资助项目(N o s.2020-M s-306)㊂作者简介:王建华(1980),男,辽宁朝阳人,副教授,博士㊂29沈阳大学学报(自然科学版)第36卷金属氧化物半导体材料由于在催化㊁传感㊁光学和太阳能电池等领域的潜在应用价值,其研究和应用得到了广泛关注㊂由于在光催化过程中可以高效地降解有机污染物,同时不会因为二次污染而破坏环境,因此,金属氧化物半导体材料在光催化领域备受关注㊂在实际应用过程中,光催化剂应该具备高活性㊁可回收性能㊁低毒㊁低成本并且易于与降解体系分离等性能㊂氧化锌是I I-V I族半导体,其在基础研究和工业应用上极具吸引力[13]㊂氧化锌由于其生物相容性和生物降解性能,被广泛应用到药物和环境科学领域㊂氧化锌作为低值半导体材料,其带隙与二氧化钛很相近,带隙为3.2e V,同样可被用于光催化剂[35]㊂由于纳米技术的快速发展,对纳米材料微观结构和性能的提升提供了有效手段㊂关于氧化锌纳米材料的研究表明,纳米Z n O在光照状态下可以产生H2O2,从而实现有机物的氧化,进而实现光降解有机染料㊂然而,Z n O在实际应用过程中也存在缺点,纳米Z n O容易产生自聚集现象,而自聚集的产生极大降低了活性材料的接触面积,同时降低了光催化性能[69]㊂带隙为3.2e V的Z n O纳米材料,其带隙位于紫外区,对太阳能的应用效率受到限制㊂带隙位于可见光区域的核壳结构的半导体材料,可实现半导体异质结的制备㊂异质结中两种材料的界面相互作用,可提高电荷分离和迁移率,进而提高光降解性能,异质结的存在提高了光生电荷的迁移寿命和光稳定性㊂类石墨烯g-C3N4是一种n型非金属聚合物半导体材料[1017]㊂g-C3N4的带隙是2.7e V并且可以吸收可见光,被广泛应用于可见光催化领域㊂g-C3N4由于具有资源丰富㊁物理化学性稳定㊁可见光响应等性能,作为光催化剂被用于裂解水和有机污染物的降解㊂当不同的半导体材料耦合到片层结构的g-C3N4材料后,形成异质结构而优化了材料的光催化性能㊂当Z n O与g-C3N4耦合后,异质结构的光催化剂光学催化活性优于单一的光催化剂㊂设计和开发异质结构的Z n O@g-C3N4材料,对提高污水的纯化效率和实际应用至关重要㊂本文以尿素与三聚氰胺作为反应物,高温热聚合制备了g-C3N4材料㊂以醋酸锌为反应物,纯净水为溶剂,尿素为碱性调节剂,经过水热反应制备了Z n O@g-C3N4异质材料㊂通过S E M㊁T E M㊁X R D与U V/v i s分光光度计表征了Z n O@g-C3N4的性能,并探讨了Z n O@g-C3N4异质结构的形成机理㊂通过可见光照射降解亚甲基蓝染料对Z n O@g-C3N4异质结的光学活性进行分析,并探讨染料的降解机理㊂同时,阐述Z n O@g-C3N4异质材料在环境治理㊁污水处理㊁工业废水净化和提高水环境质量等方面的潜在应用价值㊂1实验部分1.1试剂与样品表征尿素㊁三聚氰胺㊁醋酸锌Z n(A C)2㊁亚甲基蓝和过氧化氢均为分析纯,购于国药集团化学试剂有限公司,去离子水自制㊂样品g-C3N4和Z n O@g-C3N4的晶体结构通过U l t i m aⅣ多晶X射线衍射仪(X R D,日本株式会社理学)表征;样品g-C3N4和Z n O@g-C3N4的相态结构分别通过S-4800型扫描电子显微镜(S E M,日本日立公司)和J E M-2100F型场发射透射电子显微镜(T E M,日本电子株式会社)表征;光降解特征峰强度变化测定由L AM B D A750型紫外分光光度计(美国铂金埃尔默公司)完成㊂1.2实验过程1.2.1g-C3N4纳米粒子制备类石墨烯g-C3N4的制备采用热聚合法㊂将10g尿素与三聚氰胺(质量比为7ʒ3)的混合物置于玛瑙研钵内,研磨直到尿素颗粒细小均匀,直至形成混合均匀的白色粉末㊂碾磨均匀的混合物置于20m L 的坩埚中并置于马弗炉内,将温度升高到100ħ保温30m i n去除水分,继续升温到550ħ并保温5h,设定升温速率为2ħ㊃m i n-1,当马弗炉自然冷却到室温,获得淡黄色样品后,再次经过研钵碾磨后保存待用㊂1.2.2Z n O@g-C3N4纳米粒子制备Z n O@g-C3N4纳米材料通过水热法制备,其制备原料如表1所示㊂0.5g的g-C3N4分散到50m L 去离子水中并超声分散直到形成均匀混合液㊂将不同质量的醋酸锌分散到25m L的去离子水中磁力搅拌30m i n,使Z n(A C)2在g-C3N4中的质量分数分别为0㊁1%㊁2%㊁3%㊁4%㊁5%㊁6%和7%,记为样品g-C3N4㊁Z n O@g-C3N4-1㊁Z n O@g-C3N4-2㊁Z n O@g-C3N4-3㊁Z n O@g-C3N4-4㊁Z n O@g-C3N4-5㊁Z n O@g -C 3N 4-6㊁Z n O@g -C 3N 4-7㊂将25m L 的醋酸锌溶液滴加到g -C 3N 4溶液中,并添加入0.5g 的尿素,继续搅拌60m i n ㊂最终的混合溶液置于100m L 的聚四氟乙烯反应釜中,反应釜置于真空烘箱中以2ħ㊃m i n -1升温到150ħ,保温2h ㊂反应釜自然冷却到室温,去除上清液,产物以7000r ㊃m i n-1离心15m i n ,产物分别经过水洗和醇洗离心3次,最终产物置于真空烘箱60ħ真空干燥12h ,密封袋中保存待用㊂表1 Z n O /g-C 3N 4复合纳米材料制备原料T a b l e1 R a w m a t e r i a l s f o r p r e p a r i n g c o m p o s i t en a n o m a t e r i a l sZ n O /g -C 3N 4样品g -C 3N 4/g Z n (A C )2/g 尿素/g 水/m L g -C 3N 40.500.575Z n O /g -C 3N 4-10.50.0050.575Z n O /g -C 3N 4-20.50.0100.575Z n O /g -C 3N 4-30.50.0150.575Z n O /g -C 3N 4-40.50.0200.575Z n O /g -C 3N 4-50.50.0250.575Z n O /g -C 3N 4-60.50.0300.575Z n O /g -C 3N 4-70.50.0350.5751.2.3 光催化降解亚甲基蓝以亚甲基蓝水溶液模拟污水,考察Z n O@g -C 3N 4在可见光作用下对有机物的降解活性㊂暗室条件下,将50m g 的Z n O@g -C 3N 4-5加入100m L (30m g ㊃L -1)的亚甲基蓝水溶液,超声分散5m i n 使Z n O@g -C 3N 4-5均匀分散到亚甲基蓝水溶液,持续搅拌1h 完成染料分子的充分吸附,打开300W 可见光光源,间隔10m i n 定时取样,通过紫外/可见分光光度计监测亚甲基蓝的特征吸收峰664n m 的强度变化㊂通过式(1)计算样品Z n O@g -C 3N 4-5对亚甲基蓝的降解率㊂η=(A -A 0)/A 0(1)式中:A 0为亚甲基蓝初始特征峰吸收强度;A 为实时亚甲基蓝特征峰吸收强度;η为降解率㊂2 结果与讨论2.1 X R D 结构表征材料g -C 3N 4与Z n O@g -C 3N 4-5的结构主要由X R D 光谱确定㊂如图1所示,样品Z n O@g -C 3N 4-5的X R D 图表现出明显的g -C 3N 4㊁Z n O 的特征峰㊂样品g -C 3N 4的X R D 曲线中有2个不同的散射峰,位置分别位于13.1ʎ和27.5ʎ,2个衍射峰分别对应石墨烯结构平面内的有序结构基元(001)和平面间的有图1 样品g -C 3N 4和Z n O@g -C 3N 4-5的X R D 图F i g .1 X R D i m a g eo f s a m pl e s g -C 3N 4a n dZ n O@g -C 3N 4-5序结构基元(002)㊂在样品Z n O@g -C 3N 4-5的X R D 曲线中除了Z n O 的散射峰以外没有检测到其他相和杂质存在,说明Z n O 的引入没有破坏类石墨烯g -C 3N 4光催化剂的结构㊂Z n O @g -C 3N 4-5的X R D 曲线中发现31.769ʎ㊁34.421ʎ㊁36.252ʎ㊁47.538ʎ㊁56.602ʎ和62.862ʎ等6个散射峰,根据具有面心立方结构Z n O 的特征峰(J C P D S N o .36-1451),6个散射峰归属于(100)㊁(002)㊁(101)㊁(102)㊁(110)和(103)晶面㊂由Z n O@g -C 3N 4-5的X R D 曲线还可以看到,类石墨烯g -C 3N 4平面有序结构(100)峰变尖锐,说明片层被破坏,形成更小的纳米结构㊂平面间的有序结构基元(002)峰发生一定的红移,说明Z n O 的成功引入导致层间距变大,并使复合材料孔隙增加㊂此外,由于Z n O 的等离子体效应39第2期王建华等:光激性Z n O@g -C 3N 4异质结的制备与可见光降解亚甲基蓝和分散的比较均匀,X R D 曲线中Z n O 的特征峰特别尖锐㊂2.2 材料相态表征样品g -C 3N 4与Z n O@g -C 3N 4-5的微观相态可以通过扫描电镜获得㊂由图2(a )可见,纯净的g -C 3N 4为片状褶皱卷曲层形结构,分析可知,制备g -C 3N 4的过程中由于热聚合发生卷曲,形成片层结构㊂由图2(b )可见,基质g -C 3N 4仍以层状结构存在,但是片层单元变小,同时在g -C 3N 4层上存在Z n O 粒子的均匀分布㊂粒子Z n O 在层上的分布,说明了Z n O@g -C 3N 4材料形成了良好的异质结构,Z n O 与g -C 3N 4耦合成功,可以提高材料的催化性能㊂(a )g -C 3N 4(b )Z n O@g -C 3N 4-5图2 样品g -C 3N 4与Z n O@g -C 3N 4-5的S E M 图F i g .2 T h eS E Mi m a g e s o f s a m pl e s g -C 3N 4a n dZ n O@g -C 3N 4-5由图3所示,样品g -C 3N 4与Z n O@g -C 3N 4-5的微观相态由透射电镜获得㊂由图3(a )可见,纯净的g -C 3N 4为片状褶皱卷曲层形结构,并且在层面上存在大量的空洞,分析可知,制备g -C 3N 4的过程中尿素与三聚氰胺发生热聚时释放大量氨气形成大量孔洞㊂由图3(b )可见,基质g -C 3N 4仍以层状结构存在,但是在g -C 3N 4层上存在Z n O 粒子的均匀分布㊂粒子Z n O 在层上的分布,说明了Z n O@g -C 3N 4-5材料形成了良好的异质结构,这与S E M 测试结果相一致㊂(a )g -C 3N 4(b )Z n O@g -C 3N 4-5图3 样品g -C 3N 4与Z n O@g -C 3N 4-5的T E M 图F i g .3 T h eT E Mi m a g e s o f s a m pl e s g -C 3N 4a n dZ n O@g -C 3N 4-5氮吸附解吸附测量可以很好地确定样品Z n O@g -C 3N 4-4的纹理结构㊂通过解吸附曲线,并利用B J H 模型获得孔径分布曲线,如图4(a )所示,由图4(a )可见,孔径分布主要分布在2个区域:①介孔区(2~9n m );②大孔区(11~100n m )㊂介孔区主要为材料内部聚集孔隙所成,而大孔区为制备g -C 3N 4样品脱气形成,介孔区平均孔径为5.74n m ㊂如图4(b )所示,等温吸附-解吸附曲线证明样品Z n O@g -C 3N 4-4具有H 3磁滞环的Ⅳ型曲线,说明Z n O@g -C 3N 4-4具有介孔结构㊂当p /p 0>0.92时,样品表现出宏观的多孔结构,说明g -C 3N 4制备过程中由于氨气的挥发产生宏观的大孔结构㊂样品Z n O@g -C 3N 4-4的B E T 比表面积为24.2858m 2㊃g -1,具有较大比表面积的样品必然存在更多的活性点,更易于与污染物吸附和接触,因此,更有利于样品光催化性能的提高㊂49沈阳大学学报(自然科学版) 第36卷(a )孔径分布(b)吸附曲线图4 样品Z n O@g -C 3N 4-4的孔径分布和吸附曲线F i g .4 P o r es i z ed i s t r i b u t i o na n da d s o r p t i o n c u r v eo f s a m pl eZ n O@g -C 3N 4-42.3 光催化性能通过Z n O@g -C 3N 4在可见光下催化降解亚甲基蓝可以验证Z n O@g -C 3N 4的催化性能㊂如图5所示,Z n O@g -C 3N 4-5降解亚甲基蓝过程中,随着可见光照射时间的增加,亚甲基蓝的特征吸收峰(λ=664n m )强度逐渐降低,最终吸收强度为0㊂同时未检测到特征峰的移动和新的峰值出现,证明了亚甲基蓝被降解㊂图5 亚甲基蓝特征峰吸收强度随时间变化F i g .5 T h ea b s o r p t i o n i n t e n s i t y o fm e t h yl e n eb l u e c h a r a c t e r i s t i c p e a k s v a r i e sw i t h t i m e亚甲基蓝被降解主要是因为强氧化性的活性物质羟基自由基(㊃O H )和超氧自由基(㊃O 2-)的存在㊂由图6(见封2)可知,不同的Z n O@g -C 3N 4对亚甲基蓝的降解效果不同,但随着照射时间的增加,亚甲基蓝均被降解㊂图6中样品Z n O /g -C 3N 4-5在没有可见光照射(暗室)时,样品对染料分子有一定的吸附行为,但不能够对染料分子实现降解㊂纯净的g -C 3N 4样品在暗室状态下,样品充分吸附染料分子,当打开可见光光源时,随着照射时间的增加,染料分子被降解,但降解效率较低㊂从图6中样品Z n O /g -C 3N 4-1㊁Z n O /g -C 3N 4-2㊁Z n O /g -C 3N 4-/3㊁Z n O /g -C 3N 4-4㊁Z n O /g -C 3N 4-5㊁Z n O /g -C 3N 4-6和Z n O /g -C 3N 4-7的降解曲线可知,在暗室状态下样品均实现了染料分子的吸附行为,当打开光源后,在可见光的激发下染料分子被降解,随着样品g -C 3N 4中Z n O 质量分数的增加,降解效率明显增加㊂当Z n (A C )2质量分数达到5%时,Z n O 在g -C 3N 4中的质量分数最大,所以Z n O /g -C 3N 4-5的降解效率最佳㊂分析主要原因为g -C 3N 4为多孔层状结构,多孔层状结构可以有效吸附亚甲基蓝分子,同时,Z n O@g -C 3N 4在可见光驱动下产生光生电子和空穴,由于p -n 异质结构加快了电子和空穴快速迁移,降低了复合效率,提高了染料的降解效率㊂当Z n O 质量分数再增加时,在g -C 3N 4层状结构上形成包覆层,影响了g -C 3N 4对染料分子的吸附能力,破坏了多孔片层对染料分子的接触几率,因而降低了催化效率㊂图7(见封2)给出了样品可见光作用下的亚甲基蓝降解的动力学曲线,分析可知,动力学曲线斜率分为3.04ˑ10-4㊁13.4ˑ10-3㊁42.4ˑ10-3㊁40.4ˑ10-3㊁52.2ˑ10-3㊁50.9ˑ10-3㊁62.3ˑ10-3㊁61.7ˑ10-3和59.7ˑ10-3,不同斜率分别对应Z n O /g -C 3N 4-5(暗室)㊁g -C 3N 4㊁Z n O /g -C 3N 4-1㊁Z n O /g -C 3N 4-2㊁Z n O /g -C 3N 4-/3㊁Z n O /g -C 3N 4-/4㊁Z n O /g -C 3N 4-5㊁Z n O /g -C 3N 4-6和Z n O /g -C 3N 4-7对亚甲基蓝的降解速率㊂分析可知,开始随着Z n O 掺杂质量分数的增加,反应速率加快,因此Z n O /g -C 3N 4-5对亚甲基蓝59第2期王建华等:光激性Z n O@g -C 3N 4异质结的制备与可见光降解亚甲基蓝的降解速率最大,当Z n O 掺杂质量分数继续增加时,样品对对亚甲基蓝的降解速率变小,原因与图6分析相同㊂图8 不同样品荧光强度变化F i g .8 V a r i a t i o n i n f l u o r e s c e n c e i n t e n s i t yo f d i f f e r e n t s a m pl e s 纳米材料荧光强度的变化可以很好地确定异质结对催化材料光电性能的影响㊂如图8所示,g -C 3N 4材料的荧光强度最强,说明电子和空穴能够快速复合,将吸收的光子能量转化为光能,这样降低了可见光的催化性能㊂随着Z n O 掺杂质量分数的增加,样品荧光强度整体上呈下降趋势,说明材料吸收光子后产生电子空穴对,电子和空穴快速分离,复合速率大大降低,将吸收的的光子能量转化为催化活性物质,从而实现催化活性物质对染料的降解㊂样品在可见光照射下亚甲基蓝溶液颜色随催化时间的变化如图9所示(见封2)㊂图9(a )为样品Z n O /g -C 3N 4-5在暗室状态下对染料分子的吸附情形,说明催化剂对染料分子具有一定的吸附能力,但是暗室情形不能实现染料分子的降解㊂图9(b )为样品Z n O /g -C 3N 4-1在可见光作用下的亚甲基蓝溶液颜色变化,暗室状况下,样品对染料分子充分吸附,当打开光源后,催化剂对染料分子吸附的同时实现了染料分子的可见光降解㊂图9(c )与图9(b )具有相同的降解行为,但图9(c)的Z n O /g -C 3N 4-5降解效率要更优于图9(b )的Z n O /g -C 3N 4-1㊂由此可见,在催化剂与可见光的共同作用下,染料分子被完全降解㊂控制催化剂Z n O /g -C 3N 4-5使用量和催化条件不变,考察了催化剂循环利用次数与降解效率的关系㊂由图10(a )可知,随着催化剂催化次数的增加,催化剂在60m i n 后的降解率未发现明显下降,说明催化剂可以被重复利用㊂样品使用前后X R D 对比如图10(b )所示,催化剂Z n O /g -C 3N 4-5经过光催化反应后,Z n O /g -C 3N 4的特征峰位置未发生变动,但强度变低,说明催化剂光催化后对材料性能有一定的影响,但是结构未发生明显改变㊂结合图10(a )与图10(b )分析可知,催化剂Z n O /g -C 3N 4经过多次循环利用后,降解性能有所降低,但结构并未破坏,可通过离心回收重复利用,从而实现催化材料的循环再利用,避免了二次污染㊂(a )催化剂Z n O /g -C 3N 4-5降解亚甲基蓝循环利用(b )催化剂Z n O /g -C 3N 4-5循环利用10次前后的X RD 图图10 催化剂Z n O /g-C 3N 4-5在可见光下降解亚甲基蓝的循环利用与X R D 图F i g .10 R e c y c l i n g a n dX R D i m a g eo f Z n O /g -C 3N 4-5c a t a l y s t f o r d e g r a d a t i o no fm e t h y l e n eb l u eu n d e r v i s i b l e l i gh t 2.4 催化机理光催化降解涉及多种活性物质,如光生空穴(h +),羟基自由基(㊃O H )和超氧自由基(㊃O 2-)等[17]㊂催化剂Z n O /g -C 3N 4吸收光子后可形成多种活性物质,其作用机制是通过可见光驱动形成H 2O 2并分解产生㊃O H 来降解亚甲基蓝㊂催化剂g -C 3N 4吸收可见光h ν并产生电子空穴对69沈阳大学学报(自然科学版) 第36卷(e --h +),过程如图11中①所示㊂g -C 3N 4价带电子e -由价带跃迁到导带上,在价带上形成空穴㊂g -C 3N 4导带相交于Z n O 导带更负,g -C 3N 4导带上e -跃迁到Z n O 导带并与氧气结合生成㊃O 2-,如图11中②所示㊂㊃O 2-与空穴和电子进一步反应生成H 2O 2,H 2O 2分解后而产成㊃OH ,反应过程如图11中③和④所示,Z n O /g -C 3N 4与活性物质㊃O 2-㊁㊃O H 和h +构成混合催化系统㊂反应体系中的活性物质与吸附在催化剂表面的亚甲基蓝分子接触后,产生氧化降解,染料分子完成脱甲基氧化反应,降解成水㊁二氧化碳和铵离子,铵离子继续降解成硝酸根离子㊂具有多孔层状结构的g -C 3N 4纳米层可以很好地吸附有机染料亚甲基蓝分子,催化剂表面的活性物质与染料分子相互作用,最终完成亚甲基蓝染料降解㊂图11 Z n O /g-C 3N 4光催化降解亚甲基蓝原理F i g .11 P r i n c i p l eo f p h o t o c a t a l y t i cd e g r a d a t i o no fm e t h y l e n eb l u eb y Z n O /g-C 3N 43 结论通过热聚法制备了g -C 3N 4材料,并通过水热法制备了Z n O /g -C 3N 4异质结构催化剂㊂通过X RD ㊁SE M ㊁T E M 和B E T 测试方法验证了制备的材料具有介孔层状复合异质结结构㊂可见光驱动Z n O /g -C 3N 4催化亚甲基蓝分子说明催化剂具有良好的可见光催化活性㊂可见光驱动下可以完成亚甲基蓝99%降解,经过10次循环降解,催化剂的降解效率未发生显著降低㊂具有异质结构的Z n O /g -C 3N 4催化性能分析可知,在整个可见光催化系统中主要活性物质为㊃O 2-㊁㊃O H 和h +㊂Z n O 和g -C 3N 4导带和价带关系表明异质结构的Z n O /g -C 3N 4可以加快电子和空穴的迁移,避免了电子对快速复合而降低催化性能㊂参考文献:[1]C HO N G M N ,J I NB ,C H OW C W ,e t a l .R e c e n t d e v e l o p m e n t s i n p h o t o c a t a l y t i cw a t e r t r e a t m e n t t e c h n o l o g y :a r e v i e w [J ].W a t e r R e s e a r c h ,2010,44(10):29973027.[2]P A L M I S A N O G ,A U G U G L I A R O V ,P A G L I A R O M ,e ta l .P h o t o c a t a l y s i s :a p r o m i s i n g r o u t ef o r 21s tc e n t u r y o r g a n i c c h e m i s t r y [J ].C h e m i c a l C o mm u n i c a t i o n s ,2007(33):34253437.[3]P AWA RP ,B A L L A V R ,K UMA R A.A no v e r v i e w o f m a c h i n i n gp r o c e s so fa l u m i n aa n da l u m i n ac e r a m i cc o m p o s i t e s [J ].M a n u f a c t u r i n g S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,2015,3(1):1015.[4]Z HA N G S Q ,S U C S ,R E N H ,e ta l .I n -s i t uf a b r i c a t i o no f g -C 3N 4/Z n O n a n o c o m p o s i t e sf o r p h o t o c a t a l y t i cd e g r a d a t i o n o f m e t h y l e n e b l u e :s yn t h e s i s p r o c e d u r e d o e sm a t t e r [J ].N a n o m a t e r i a l s ,2019,9(2):215.[5]P AWA RRC ,S O N Y ,K I M J ,e t a l .I n t e g r a t i o no fZ n O w i t h g -C 3N 4s t r u c t u r e s i nc o r e -s h e l l a p p r o a c hv i as i n t e r i n gp r o c e s s f o r r a p i dd e t o x i f i c a t i o no fw a t e r u n d e r v i s i b l e i r r a d i a t i o n [J ].C u r r e n tA p p l i e dP h ys i c s ,2016,16(1):101108.[6]J U N G H ,P H AM T T ,S H I N E W.I n t e r a c t i o n sb e t w e e n Z n O n a n o p a r t i c l e sa n da m o r p h o u s g -C 3N 4n a n o s h e e t si nt h e r m a l f o r m a t i o no f g -C 3N 4/Z n O c o m p o s i t e m a t e r i a l s :t h ea n n e a l i n g t e m p e r a t u r ee f f e c t [J ].A p p l i e d S u r f a c e S c i e n c e ,2018,458:369381.[7]L IXF ,L IM ,Y A N GJH ,e t a l .S y n e r g i s t i c e f f e c t o f e f f i c i e n t a d s o r p t i o n g -C 3N 4/Z n Oc o m p o s i t e f o r p h o t o c a t a l y t i c p r o p e r t y [J ].J o u r n a l o f P h y s i c s a n dC h e m i s t r y of S o l i d s ,2014,75(3):441446.[8]L I U W ,WA N G M L ,X U C X ,e t a l .F a c i l e s y n t h e s i so fg -C 3N 4/Z n Oc o m p o s i t ew i t he nh a n c e dvi s i b l e l i g h t p h o t o o x i d a t i o na n d p h o t o r e d u c t i o n p r o p e r t i e s [J ].C h e m i c a l E n g i n e e r i n g Jo u r n a l ,2012,209:386393.(下转第120页)79第2期王建华等:光激性Z n O@g -C 3N 4异质结的制备与可见光降解亚甲基蓝S p r i n g e r I n t e r n a t i o n a l P u b l i s h i n g,2016:2137.[10]H EK M ,Z H A N G X Y ,R E NSQ ,e t a l .S p a t i a l p y r a m i d p o o l i n g i nd e e p c o n v o l u t i o n a l n e t w o r k s f o r v i s u a l r e c o g n i t i o n [J ].I E E E T r a n s a c t i o n s o nP a t t e r nA n a l y s i s a n d M a c h i n e I n t e l l i ge n c e ,2015,37(9):19041916.[11]D A I JF ,L IY ,H E K M ,e t a l .R -F C N :o b j e c td e t e c t i o nv i ar e g i o n -b a s e df u l l y c o n v o l u t i o n a l n e t w o r k s [C ]ʊP r o c e e d i ng so f th e 30t h I n t e r n a ti o n a l C o n f e r e n c e o nN e u r a l I n f o r m a t i o nP r o c e s s i n g S y s t e m s .D e c e m b e r 5-10,2016,B a r c e l o n a ,S pa i n .A C M ,2016:379387.[12]H EZ W ,Z H A N G L .D o m a i na d a p t i v eo b j e c t d e t e c t i o nv i aa s y mm e t r i c t r i -w a y f a s t e r -R C N N [C ]ʊV E D A L D IA ,B I S C HO F H ,B R O X T ,e t a l .E u r o p e a nC o n f e r e n c e o nC o m p u t e rV i s i o n .C h a m :S p r i n ge r ,2020:309324.[13]李明,景军锋,李鹏飞.应用G A N 和F a s t e rR -C N N 的色织物缺陷识别[J ].西安工程大学学报,2018,32(6):663669.L IM ,J I N GJF ,L IPF .Y a r n -d ye df a b r i cd e f e c td e t e c t i o nb a s e do nG A Na n dF a s t e rR -C N N [J ].J o u r n a l o fX i a nP o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y,2018,32(6):663669.[14]王贺楠,曹江涛,韩济阳,等.基于改进Y O L O v 3算法的布匹疵点检测[J ].沈阳航空航天大学学报,2022,39(1):5460.WA N G H N ,C A OJT ,HA NJY ,e t a l .F a b r i c d e f e c t d e t e c t i o nb a s e do n i m p r o v e dY O L O v 3a l g o r i t h m [J ].J o u r n a l o f S h e n y a n gA e r o s p a c eU n i v e r s i t y,2022,39(1):5460.[15]陶显,侯伟,徐德.基于深度学习的表面缺陷检测方法综述[J ].自动化学报,2021,47(5):10171034.T A O X ,HO U W ,X UD.As u r v e y o f s u r f a c e d e f e c t d e t e c t i o nm e t h o d s b a s e d o n d e e p l e a r n i n g[J ].A c t aA u t o m a t i c a S i n i c a ,2021,47(5):10171034.[16]WA N GCY ,B O C H K O V S K I YA ,L I A O H Y M.Y O L O v 7:T r a i n a b l e b a g -o f -f r e e b i e s s e t s n e ws t a t e -o f -t h e -a r t f o r r e a l -t i m e o b j e c t d e t e c t o r s [E B /O L ].2022:a r X i v :2207.02696.h t t p :ʊa r x i v .o r g /a b s /2207.02696.pd f [17]齐晓轩,陶九明,陈鉴,等.基于改进Y O L O v 5s 的桥墩缺陷检测R O V 设计应用[J ].沈阳大学学报(自然科学版),2023,35(6):503510.Q IXX ,T A OJM ,C H E NJ ,e t a l .D e s i g n a n d a p p l i c a t i o no f p i e r d e f e c t d e t e c t i o nR O Vb a s e do n i m p r o v e dY O L O v 5s [J ].J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e ),2023,35(6):503510.[18]Z HA N G Y F ,R E N W Q ,Z HA N G Z ,e t a l .F o c a la n d e f f i c i e n tI O U l o s sf o r a c c u r a t e b o u n d i n g b o x r e gr e s s i o n [J ].N e u r o c o m p u t i n g,2022,506:146157.ʌ责任编辑:李艳췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍ɔ(上接第97页)[9]F A N G Q ,L IB ,L IY Y ,e ta l .0D /2D Z -s c h e m eh e t e r o j u n c t i o n so f g -C 3N 4q u a n t u m d o t s /Z n O n a n o s h e e t sa sah i g h l y e f f i c i e n t v i s i b l e -l i g h t p h o t o c a t a l y s t [J ].A d v a n c e dP o w d e rT e c h n o l o g y ,2019,30(8):15761583.[10]J U N G H ,P HAM T T ,S H I N E W.E f f e c to f g -C 3N 4p r e c u r s o r so nt h e m o r p h o l o g i c a ls t r u c t u r e so f g -C 3N 4/Z n O c o m p o s i t e p h o t o c a t a l y s t s [J ].J o u r n a l o fA l l o y s a n dC o m po u n d s ,2019,788:10841092.[11]P R A B HA K A R V A T T I K U T IS V ,R E D D Y P A K ,S H I M J ,e ta l .V i s i b l e -l i g h t -d r i v e n p h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t y o fS n O 2-Z n O q u a n t u md o t s a n c h o r e do n g -C 3N 4n a n o s h e e t s f o r p h o t o c a t a l y t i c p o l l u t a n t d e g r a d a t i o n a n dH 2p r o d u c t i o n [J ].A C SO m e g a ,2018,3(7):75877602.[12]马国峰,祁岚钰,关振声.多孔g -C 3N 4的制备与光催化降解性能[J ].沈阳大学学报(自然科学版),2023,35(2):9198.MA GF ,Q ILY ,G U A NZS .P r e p a r a t i o na n d p h o t o c a t a l y t i cd e g r a d a t i o n p r o p e r t i e so f p o r o u s g -C 3N 4[J ].J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e ),2023,35(2):9198.[13]王英刚,卢曦,宗芳,等.石墨烯二氧化钛复合材料对水中苯酚的光催化去除[J ].沈阳大学学报(自然科学版),2022,34(2):100105.WA N G Y G ,L U X ,Z O N GF ,e t a l .P h o t o c a t a l y t i c r e m o v a l o f p h e n o l f r o m w a t e r b y rG O /T i O 2co m p o s i t em a t e r i a l s [J ].J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e ),2022,34(2):100105.[14]K UMA RS ,B A R U A H A ,T O N D A S ,e t a l .C o s t -e f f e c t i v ea n de c o -f r i e n d l y s y n t h e s i so fn o v e l a n ds t a b l eN -d o p e dZ n O /g -C 3N 4c o r e -s h e l l n a n o p l a t e sw i t he x c e l l e n t v i s i b l e -l i g h t r e s p o n s i v e p h o t o c a t a l y s i s [J ].N a n o s c a l e ,2014,6(9):48304842.[15]S U NJX ,Y U A N Y P ,Q I U L G ,e ta l .F a b r i c a t i o no f c o m p o s i t e p h o t o c a t a l y s t g -C 3N 4-Z n Oa n de n h a n c e m e n to f p h o t o c a t a l y t i c a c t i v i t y u n d e r v i s i b l e l i gh t [J ].D a l t o nT r a n s a c t i o n s ,2012,41(22):67566763.[16]S U N D ,MA OJ ,C H E N GL ,e t a l .M a g n e t i c g -C 3N 4/N i F e 2O 4c o m p o s i t ew i t he n h a n c e da c t i v i t y o n p h o t o c a t a l y t i cd i s i n f e c t i o no f A s p e r g i l l u s f l a v u s [J ].C h e m i c a l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ,2021,418:129417.[17]WA N GJ H.C o n s t r u c t i o no ft e r n a r y h e t e r o s t r u c t u r e d A g /A g 2O@Z n O@g -C 3N 4n a n o c o m p o s i t ea sa n w i d e n e dv i s i b l el i g h t p h o t o c a t a l y s t f o r t h e o r g a n i c o x i d a t i o n [J ].J o u r n a l o f P h y s i c s a n dC h e m i s t r y o f S o l i d s ,2023,180:111389.ʌ责任编辑:智永婷ɔ021沈阳大学学报(自然科学版) 第36卷。

超薄g-C3N4纳米片的原位制备及其光催化性能研究

超薄g-C3N4纳米片的原位制备及其光催化性能研究超薄g-C3N4纳米片的原位制备及其光催化性能研究引言：近年来，光催化材料在环境污染治理、可持续能源等领域展现出巨大潜力。

构建高效的光催化剂对于提高光催化反应效率和光催化设备的实际应用具有重要意义。

石墨烯相氮化碳(graphitic carbon nitride, g-C3N4) 作为一种新兴的二维光催化材料，因其稳定性高、生物和光学兼容性好等特点，受到了广泛关注。

然而，传统制备方法往往存在成本高、盖茨多和晶体大小不均匀等问题，因此需要研究一种原位制备超薄g-C3N4纳米片的方法，并研究其光催化性能。

实验方法：本文采用简单有效的原位模板法制备超薄g-C3N4纳米片。

首先，将三聚氰胺 (melamine) 作为碳源，在加热条件下与氨气(NH3) 反应，形成前驱体。

然后，前驱体和硅石墨烯模板一起进行高温处理，通过模板反应生成超薄g-C3N4纳米片。

最后，采用水洗和加热处理去除模板，得到纯净的超薄g-C3N4纳米片。

实验结果与讨论：通过扫描电子显微镜 (SEM) 和透射电子显微镜 (TEM) 分析，我们观察到制备的超薄g-C3N4纳米片具有平整的片状结构，并且具有高度的片层间隙。

这种片状结构能够提高光催化反应中的光吸收效果，进一步提高光催化性能。

接下来，我们测试了超薄g-C3N4纳米片的光催化性能。

实验中以亚甲基蓝 (methylene blue) 为目标物质，使用紫外光照射样品，并监测目标物质的降解程度。

结果表明，超薄g-C3N4纳米片对亚甲基蓝具有良好的光催化降解效果。

此外，我们进一步测试了不同厚度的g-C3N4纳米片的光催化性能，并与传统g-C3N4纳米颗粒进行对比。

实验结果显示，超薄g-C3N4纳米片呈现出更高的光催化活性和降解效率，这可能是由于其较大的比表面积和优良的结构特性所导致的。

结论：本研究成功地采用原位模板法制备了具有高度片层间隙的超薄g-C3N4纳米片，并研究了其光催化性能。

《缺陷g-C3N4纳米薄片的制备及光催化机理研究》

《缺陷g-C3N4纳米薄片的制备及光催化机理研究》一、引言随着环境问题的日益严重，光催化技术因其独特的优势在解决环境问题方面受到了广泛关注。

g-C3N4作为一种新型的非金属光催化剂，因其具有优良的可见光响应和较高的化学稳定性，被广泛应用于光催化领域。

然而，纯g-C3N4材料仍存在一些缺陷，如光生电子和空穴的快速复合等，限制了其光催化性能的进一步提高。

本文旨在研究缺陷g-C3N4纳米薄片的制备方法及光催化机理，以期为提高其光催化性能提供理论依据。

二、缺陷g-C3N4纳米薄片的制备（一）实验材料与设备本实验所需材料包括三聚氰胺、硝酸等化学试剂以及相关实验设备如高温炉、超声波清洗器等。

（二）制备方法采用改进的化学气相沉积法，通过控制反应温度、时间及气氛等条件，制备出缺陷g-C3N4纳米薄片。

具体步骤如下：1. 将三聚氰胺在高温炉中加热至一定温度，使其发生热解反应；2. 在气氛控制下，引入一定浓度的硝酸溶液，通过氮气和氧气的协同作用，使g-C3N4表面产生缺陷；3. 反应结束后，将产物进行清洗、干燥等处理，得到缺陷g-C3N4纳米薄片。

三、光催化性能研究（一）光催化实验装置及方法采用紫外-可见分光光度计进行光催化实验。

将缺陷g-C3N4纳米薄片作为催化剂，与目标污染物进行光催化反应。

（二）性能分析通过分析缺陷g-C3N4纳米薄片的光吸收、光生电流、光生电子和空穴的分离效率等指标，评价其光催化性能。

同时，对比不同条件下制备的缺陷g-C3N4纳米薄片的光催化性能，找出最佳制备条件。

四、光催化机理研究（一）理论分析根据相关文献和实验结果，分析缺陷g-C3N4纳米薄片的光催化机理。

主要涉及光吸收、光生电子和空穴的产生与传输、缺陷对光生电子和空穴的影响等方面。

（二）实验验证通过测量缺陷g-C3N4纳米薄片的能级结构、电导率等参数，验证其光催化机理的合理性。

同时，结合光催化实验结果，进一步验证和完善光催化机理。

五、结论与展望（一）结论本文通过改进的化学气相沉积法成功制备了缺陷g-C3N4纳米薄片，并对其光催化性能和机理进行了深入研究。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

g-c3n4纳米片的合成及可见光催化降解亚甲基蓝
G-C3N4纳米片的合成
G-C3N4纳米片是一种由具有高结晶度的有机聚合物构成的纳米结构材料。

其合成通常采用两步法：首先是利用一种类似于模板法的策略来制备高度有序的二聚体，然后通过高温热解的方法将其转化为纳米片。

具体地说，制备高度有序的二聚体的方法是将三聚氰胺和某些含有官能团（如羧酸）的化合物混合在一起，并在二氧化硅表面进行聚合反应。

这样就能制得具有相对规则排列的二聚体。

接下来，通过控制热解温度和时间，可以将这些二聚体转化为G-C3N4纳米片。

可见光催化降解亚甲基蓝
G-C3N4纳米片是一种具有良好的可见光催化性能的材料，可以用于降解有害化学物质。

其中，亚甲基蓝是一种常见的有机染料，被广泛用于纺织、造纸和印刷等行业，但其也会污染环境和危害人类健康。

G-C3N4纳米片的可见光催化降解亚甲基蓝的机理是利用其内部的π共轭系统吸收可见光并产生电子和空穴，从而加速亚甲基蓝分子的氧化反应。

此外，添加过硫酸铵等氧化剂也可以提高这种催化剂的降解效果。

总的来说，G-C3N4纳米片是一种具有重要应用潜力的纳米材料，在环境治理和能源领域方面具有广泛的应用前景。