摘要：对核工业产生的含铀废水进行铀污染处理和铀资源回收,有利于维护核能的可持续发展。光催化还原技术友好地协同了吸附-还原能力,克服了单一吸附去除的热力学限制,用于核废水中铀去除与回收具有较大的发展潜力。氮化碳基纳米材料因其优异的光化学性能、出色的理化可调性和良好的化学稳定性而被认为是一类光催化U(Ⅵ)还原的理想光催化剂。近年来围绕氮化碳进行的改性和应用研究为光催化铀还原提供了深入见解。近期的研究揭示了基于C_(3)N_(4)的异质结纳米结构的构筑及其对铀的光催化还原过程和机制。本文旨在阐明这一快速发展的主题,立足于光催化还原U(Ⅵ)的机理,着眼于有效改善C_(3)N_(4)的光催化性能,系统总结了基于C_(3)N_(4)异质结光催化材料的设计开发及其在U(Ⅵ)还原中的应用。最后,展望了当前基于C_(3)N_(4)的光催化材料在含铀废水中对U(Ⅵ)的还原去除面临的困难,为未来的突破提供视角和方向。

摘要：采用气相挥发法在聚合物氮化碳(PCN)结构中引入了适量的铁(Fe)掺杂组分,成功制备出具有可调Fe掺杂浓度的PCN半导体光催化剂,其中0.55%(w) Fe掺杂的PCN析氢催化活性(410μmol·h^(-1))为原始PCN的2.6倍并通过XRD、UV-Vis、PL、XPS、SEM等表征阐明了Fe掺杂对PCN的影响和作用机理.同时调控钒酸铋的生长环境(配合剂、水热时间、pH)合成了具备不同形貌的钒酸铋(BiVO4),进一步成功合成了暴露{010}和{-121}晶面的十面体BiVO_(4).Z型体系中还原和氧化过程分离,可以在不同催化剂上分别进行氧化还原反应,能够有效抑制逆反应的发生,同时扩宽光催化材料的设计和选择的可能性.以PCN作为产氢端催化剂,十面体BiVO_(4)作为产氧端催化剂,以Fe^(3+)/Fe^(2+)作为离子对构建了Z型体系实现了光催化全解水.其中0.55%Fe掺杂的PCN-Fe/BiVO_(4)表现出了更优异的光催化活性,全解水的产氢性能比未改性的PCN/BiVO_(4)提升近一倍,进一步验证了气相挥发法掺杂Fe改性策略的有效性.这种基于催化剂(氮化碳)性质的掺杂改性方法对于催化剂的优化和设计以及构建Z型光催化全解水体系的探索具备一定的借鉴意义.

摘要：为提高纯氮化碳的光催化性能,增强其在处理污水中抗生素的应用,采用水热一步合成法成功合成了CN/FeS_(2)、CN/Fe_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)/FeS_(2)复合材料。XRD、FT-IR分析结果表明,复合材料被成功制备。阐述了Z型异质结CN/FeS_(2)中CN和FeS_(2)之间的电子传输方式。ESR测试结果表明,超氧自由基为催化过程中的主要活性物种,其中CN/FeS_(2)降解四环素效率高达97%,经过6次降解循环后效率降低11%。该研究为光催化合成、设计和净化污染物开辟了新途径。

摘要：光催化氧还原制备过氧化氢具有节能、环保等优点.然而,低活性以及低选择性的问题限制了其实际应用.基于金属离子耦合电子转移机制,本文通过浸渍-煅烧法合成了原子分散的钪路易斯酸位点修饰的氮化碳,光合成过氧化氢速率高达55μmol h^(-1),是氮化碳的6.2倍.光催化性能的提升归因于原子分散钪路易斯酸位点与·O_(2)^(-)结合,提高了O_(2)的得电子能力,减少了·O_(2)^(-)逆反应的发生,促进了氧还原反应进行.密度泛函理论模拟及Koutecky-Levich分析表明,钪原子的引入减少了O–O键的断裂,提高了合成过氧化氢的选择性.本研究提出了一种路易斯酸单金属位点光催化剂设计新概念,可同时提升催化反应活性及选择性.

摘要：针对当前生物材料的研究热点,设计了石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))材料的改性和生物性能研究实验。该文采用不同强酸的热回流处理、水热法和超声进一步改性,得到水分散性良好的不同电荷的三嗪结构的g-C_(3)N_(4)纳米材料。通过电位分析法检测其表面电荷,发现采用浓盐酸和浓硝酸处理后,分别可以得到正负电荷的三嗪结构g-C_(3)N_(4)纳米材料——HC_(3)N_(4)^(+)和HC_(3)N_(4)^(–)。此外,通过细胞毒性实验、细胞摄取实验初步探索了不同电荷的纳米材料的生物性能。实验表明,正负电荷的纳米材料都具有良好的生物相容性,且HC_(3)N_(4)^(+)较HC_(3)N_(4)^(–)具有较好的入胞性能。此研究为不同电荷纳米材料的制备提供了实验方法,也为其在生物学的应用奠定研究基础。

摘要：光催化产氢技术是实现太阳能到绿色氢能转化的有效途径,然而其实际应用受到高成本、低效率的限制。本文通过简单的沉淀-煅烧法合成一种独特的碳包覆Co_(3)ZnC纳米颗粒(Co_(3)ZnC@C),将其作为助催化剂,与光催化剂g-C_(3)N_(4)耦合构建新颖的不含贵金属的复合光催化剂Co_(3)ZnC@C/g-C_(3)N_(4),并对其结构和形貌进行表征,对其光催化产氢性能进行研究。实验结果表明:Co_(3)ZnC@C/g-C_(3)N_(4)的光催化产氢速率是纯g-C_(3)N_(4)的109倍,催化产氢速率大幅提高是因为Co_(3)ZnC@C作为助催化剂负载在g-C_(3)N_(4)的表面,能够促进g-C_(3)N_(4)的电荷分离,加快其表面析氢反应速率。该研究拓宽了金属碳化物材料的应用范围,为设计先进的太阳能转换光催化剂提供了新的途径。

摘要：将科学研究实验融入本科生实验教学课程有利于激发学生的科研兴趣,拓宽学生视野,提高学生分析解决问题能力。针对我校化工专业技能综合训练有机物合成和工艺设计实验过于单一,学生积极性差和大四年级学生在完成毕业论文对纳米材料的制备及常见表征方面表现出知识性和技能型的短板等问题,设计了氮化碳降解罗丹明B实验并将其融入化工专业技能综合训练后对部分学生进行了教学探索与思考。设计的实验有效的锻炼了学生合成纳米材料氮化碳的能力和熟悉了其光学性质。氮化碳降解罗丹明B实验的成功进行提高了学生的科研兴趣,使学生更进一步了解了科学研究,有助于提升其科学素养。

摘要：随着现代工业的迅猛发展和化石燃料的过量使用,全球范围内能源和环境问题日益严峻,因此利用丰富的太阳光能分解水来直接制取清洁的氢气具有诱人的应用前景.目前,聚合物半导体石墨相氮化碳(g-C_3N_4)因其廉价、稳定、不含金属组分和独特的电子能带结构已被广泛应用于光解水产氢研究.然而,氮化碳具有结晶度差、光生载流子易复合的缺点.众所周知,Z型体系可以很好地减少电子和空穴的复合问题.同时,催化剂只需分别满足光解水过程的一端,这使得半导体光催化剂的选择非常丰富,可以大大拓宽材料体系.因此,将g-C_3N_4运用到Z型体系中的研究得到了广泛关注.然而,这些研究多集中在如何增强g-C_3N_4的产氢能力方面,对实现水的完全分解的研究鲜见报道.本实验设计了这样一种Z型体系:使用掺Zn的g-C_3N_4作为产氢端,BiVO_4作为产氧端,Fe3+/Fe2+作为氧化还原对.实验结果表明,该体系可以在全波段下实现水的完全分解(氢氧比为2:1),并且保持相当高的稳定性.实验所使用的氮化碳为固相法烧结尿素制得,Zn的掺杂采用浸渍法,同时通过水热法合成BiVO_4,使用Pt作为助催化剂.通过搭建含有不同组成成分的Z型体系,将它们的性能和表征结果进行比较分析.通过XRD,UV-Vis,SEM和XPS等测试手段对催化剂进行表征.XRD分析结果表明成功合成了掺杂Zn的石墨相氮化碳.UV-Vis则显示随着Zn浓度的提高,吸收边发生变化.通过改变掺杂Zn的浓度,得到了能够实现完全分解水的Z型体系,其最佳掺杂比例为:Zn Cl2和氮化碳的质量比为1:10.为了排除单催化剂和Pt颗粒对完全分解水性能的影响,分别作了单独产氢端、单独产氧端、预负载Pt和光沉积Pt的性能测试.从SEM中没有发现g-C_3N_4和BiVO_4的异质结结构.这些结果表明所搭建的是典型的利用氧化还原离子对为中间电子传输载体的Z型体系,经长达12 h的持续测试证明其具有较高的稳定性.为了研究Zn在构建Z型中所起的作用,分别采用文献中报道的原位和浸渍法实现Zn的掺杂.对这两种掺杂方式的性能测试表明,只有采用浸渍法时,所构建的Z型体系具有完全分解水的能力.对这两种方法得到的掺Zn氮化碳进行表面化学组成和价态(XPS)的分析.结果显示,两种掺杂方法都可以通过形成Zn=N键的形式实现Zn的掺杂,但浸渍法使Zn在g-C_3N_4表面分布更均匀,同时对氮化碳原本三嗪环的破坏较小,因此具有更好的还原能力,可以与BiVO_4匹配以构成Z型体系.实验通过采用掺杂Zn的氮化碳作为产氢催化剂,BiVO_4作为产氧催化剂,Fe3+/Fe2+作为氧化还原中间体,构建了典型的Z型体系.该体系在Zn的掺杂浓度为10%时能够实现长时间稳定的完全分解水.

摘要：综述了氮化碳掺杂改性修饰技术进展情况,包括氮化碳光催化剂的金属掺杂、非金属掺杂、层间掺杂和缺陷掺杂,分别总结了它们对氮化碳光催化剂带隙和光学吸收范围、光生载流子分离效率以及载流子的迁移能力三个重要特性的影响,评述了氮化碳掺杂改性技术未来的研究内容。

摘要：合理设计并制备新型氮化碳是化学和材料领域的研究热点.本文受尿素聚合的启发,以草酰二胺替代部分尿素制备了C-C桥联、结构接近C_(6)N_(7)的新型氮化碳UO_(x)(x为尿素与草酰二胺的物质的量之比,x=1、1.5、2、2.5和3).密度泛函理论计算表明,UO_(x)的共轭性由单个庚嗪环扩展到了整个材料框架.因此,其禁带宽度缩小到2.05 e V,吸收带边被大幅扩展到600 nm.此外,它的载流子传输和分离也得到显著增强,因而展现出优异的光催化活性.在一系列样品中,UO_(2)具有最佳的光催化活性,其光催化析氢速率约为108.59μmol h^(-1)(10mg催化剂),表观量子效率在420和600 nm下分别为36.12%和0.33%.此外,UO_(2)对二苯肼氧化以及酚类降解也呈现明显优于传统g-C_(3)N_(4)的优异光催化活性和稳定性,它是一类极具发展前景的新型二维材料.