摘要：高级氧化技术具有氧化能力强、水质适用范围广、矿化程度高等优势,已成为水污染治理领域的前沿热点课题之一.高效异相催化体系的构建是高级氧化技术的主要研究方向,其核心在于高性能异相催化剂的设计。

摘要：基于前沿课题和研究基础,设计了探究微观形貌调控对氮化碳(g-CN)光催化性能影响的化学综合创新实验。该实验涉及纳米片、纳米棒和纳米球形貌的g-CN材料制备,光催化降解甲基蓝染料性能测试的基本实验操作,以及利用XRD、FT-IR、SEM和紫外-可见分光光度计等仪器表征材料的结构和形貌,并使用Origin软件对数据进行处理和分析等。涵盖了半导体理论、光化学与催化反应以及材料的分子结构、晶体结构和微观结构分析等学科知识点。实验结果表明,g-CN纳米球的光降解性能最优,其对甲基蓝的降解率可达94.5%。

摘要：基于产出导向教育理念,落实以学生为中心的教学策略,以提升人才培养质量为目的,设计并实施了一个科研创新综合训练实验——CdS量子点(CdS QDs)/秩序中孔g-C3N4 (ompg-C3N4)复合光催化剂的制备及其产氢性能研究。实验结果表明:CdS QDs/ompg-C3N4的光催化产氢速率ompg-C3N4的1.8倍,这是因为CdS QDs负载在ompg-C3N4的表面形成了异质结,具有增强的光吸收能力和电荷分离效率。本实验课程的实施,不仅能够训练学生的实验操作技术、数据处理能力,还将学生引入光催化制氢的前沿研究领域,开阔其视野,提升其科研创新的能力,达成课程育人的目标。

摘要：氢能是最具应用前景的清洁能源之一,利用太阳能作为驱动力光催化水分解制取氢气已被广泛研究.作为非金属半导体光催化剂, g-C_3N_4具有合适的能带结构(2.71 eV),良好的可见光捕获能力和物理化学稳定性,因而有一定的光催化产氢能力;但是它具有可见光吸收能力( 420 nm)的制氢量子效率为1.21%.三元体系光催化产氢性能增强的原因在于:(1)Ag纳米颗粒的局域表面等离子体效应使得三元体系的光捕获能力得到提高;(2)Ag NPs和NiS负载在g-C_3N_4上共同促进了光生电子空穴的产生和分离;(3)Ag NPs和Ni S作为优良的析氢助催化剂沉积在g-C_3N_4表面上可以有效地提高产氢动力学.本文构建的NiS/Ag/g-C_3N_4复合体系为g-C_3N_4基复合光催化剂的设计及制备提供了新的思路.

摘要：二维层状半导体材料与其体相堆积结构相比表现出独特的性质,有望在纳米材料科学领域取得新的突破.基于对太阳能利用的研究,二维半导体光催化材料引起了研究者的广泛关注.诸多半导体材料已被设计合成二维纳米片结构应用于光催化领域,如MoS_2,WS_2,SnS_2和TiO_2等.石墨相氮化碳(g-C_3N_4)是一种典型的非金属二维聚合物半导体.二维层状结构的组成使得g-C_3N_4纳米片能够表现出优异的光电性质.然而,其合成目前仍然存在很大困难.目前已报道的单层或多层g-C_3N_4的制备主要有超声辅助溶剂剥离法、热处理法、插层法和电化学合成法等.但这些方法存在合成复杂和引入结构缺陷等不足.另外,在体相组成中插入孔结构也能够提高g-C_3N_4的光催化活性.目前常用的方法主要是模板法.然而,在这些生孔过程中往往引起聚合度降低,增加长程无序度,不利于光生载流子的传输.因此,如果将多孔结构引入g-C_3N_4纳米片,同时提高其聚合度结构,将在很大程度上提高其光催化性能.本文利用直接氨气热聚合的方法,将硫氰酸铵进行高温热处理,一步法合成出较高聚合度的多孔g-C_3N_4纳米片,在可见光照射下表现出较高的产氢活性和稳定性.采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、荧光光谱(PL)和电子顺磁共振(EPR)等方法对多孔g-C_3N_4纳米片结构进行了详细表征.在助催化剂Pt存在下,采用可见光照射(>420 nm)分解水产氢的方法评价了其光催化性能.结果表明,热处理温度对产物结构及性能具有较大影响.XRD结果表明,在450 ℃热处理,硫氰酸铵未完全聚合,与前期氮气热处理的结论不同.当热聚合温度上升至500 ℃,石墨相结构形成.至600 ℃时,石墨相的层间距缩小,且聚合度没有明显下降.这表明氨气气氛抑制了原料分解,提高了分解聚合温度,同时增加了产物的聚合度.FTIR结果表明,热聚合温度对产物C–N共轭结构改变不大,但在810 cm–1处的峰位向长波数移动,表明七嗪环单元含量增加,再次证明高的热聚合温度没有造成明显的结构分解,反而促进了聚合结构的形成.扫描电镜与氮气吸脱附分析表明,随着聚合温度升高,产物粒子尺寸变小,形貌呈现层状分布,并伴随多孔状的产生,因此比表面积和孔体积显著增大,吸收带边发生蓝移.PL和EPR结果表明,聚合温度从500增至600 ℃,样品光生载流子的复合速率下降,导带离域电子密度增加,从而有利于光催化性能的提高.光解水产氢性能测试表明,聚合温度升高有利于催化剂产氢速率提高;600 ℃所得样品的产氢速率达340μmol/h.进一步分析表明,产氢速率与比表面积基本成正相关关系,说明层状多孔结构的形成是影响产氢性能的重要因素.经过多轮循环测试,其产氢性能保持稳定而没有显著下降,表明其活性稳定性良好.

摘要：非金属氮化碳(CN)因其独特的光催化性能而备受关注.本文利用水热处理、高温烧结、高能球磨和烧结的方法成功制得一种具有混合结构的CN光催化剂.先以三聚氰胺为原料进行水热处理(180℃,24 h),过滤干燥后,转移到高纯氩气保护下的管式炉中,于550℃处理1 h得到CN材料.然后将CN用三聚氰胺和氟化铵水热180℃处理24 h,过滤、干燥、煅烧(550℃,1 h)得到第二种材料.最后将其与CN材料按等比例混合,经高能球磨研磨,再于管式炉中在气氛保护下淬火,得到最终催化剂样品.由于这种结构的界面作用,使CN光催化剂显示出了高的光催化活性.它的产氢效果可以高达17028.82μmol h^(–1)g^(–1),在420 nm光照下,其光量子效率也达到11.2%.随后,采用纳秒级别的时间分辨萤光(PL)光谱测得其荧光寿命为9.9 ns.有助于电子与空穴参与反应更有趣的是,在不加牺牲剂时,该光催化剂具有高效的全解水效果,其产氢效率为270.95μmol h^(–1)g^(–1),产氧效率为115.21μmol h^(–1)g^(–1),有望实际用于全解水反应中.另外,通过紫外可见漫反射光谱,PL光谱和材料的比表面等测试来考察该CN光催化剂效果好的原因.发现该材料具有更高比表面积有更多活性点参与反应.同时,通过电化学测试获得了肖特基曲线和电流-电压曲线,发现该光催化剂里含有少量的pn结构,这种结构使材料在弱光下也会产生光生载流子,实际上它是起到光生载流子的激发作用,即在相同光照下,就会产生更多的光生载流子数量,从而进一步提高了其催化效果.因此,本工作对优化碳氮光催化剂的催化效果有很好的指导意义.

摘要：g-C_3N_4作为丰富的可见光光催化剂,具有独特的二维结构,优异的化学稳定性和可调的电子结构;但因其激子结合能高和结晶度较低,导致其光催化过程量子效率偏低,限制了光催化剂的推广应用.根据g-C_3N_4独特的可调电子结构,将其与半导体材料进行耦合,形成异质结构,通过调控半导体的能带结构,优化其光吸收能力,促进光生电子-空穴对的快速分离,从而抑制光生载流子的复合,提高其光催化效率.目前,人们已发展了许多g-C_3N_4与窄禁带和宽禁带半导体耦合形成的二元纳米复合材料,广泛应用于光催化降解污染物、光催化水解产氢和光催化还原将温室气体CO_2转换成有用的碳氢燃料等方面,但关于g-C_3N_4基的三元复合光催化剂,尤其与天然纳米材料DNA复合,研究其电催化性能的却鲜有报道.近年来,随着环境污染日益严重,被称为环境激素的五氯酚(PCP)、壬基酚(NP)等一系列环境激素在水体和土壤等环境介质中长期残留,难以降解,且容易聚集在生物体内,通过空气循环和食物链等方式进入人体,对环境和人体产生极大的危害,所以越来越多的人致力于环境激素的高效筛选和检测的研究.常规的分析方法已经很难满足人们对环境激素的高灵敏检测的要求,而电化学方法因其操作简单、成本低廉、选择性好、灵敏度高、样品前处理简单等特点而备受关注.本文成功设计和制备了g-C_3N_4-ZnS-DNA三元纳米复合材料.首先,采用水热法制备了ZnS半导体纳米片,采用热解法制备了g-C_3N_4纳米片,接着将它们与DNA复合,成功制备了g-C_3N_4-ZnS-DNA纳米复合材料,通过苯胺聚合法修饰到玻碳电极表面,成功构建了NP和PCP环境激素新型的电化学传感器.通过透射电镜、X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱和X射线光电子能谱等对其形貌、结构及组分进行了表征.采用CHI660C仪器对新型的电化学传感器的电催化性能进行了系统研究.通过循环伏安法(CV)和示差脉冲伏安法(DPV)研究了NP和PCP在g-C_3N_4-ZnS-DNA-GCE修饰电极的上的电化学行为.电化学阻抗谱表明,g-C_3N_4-ZnS-DNA纳米复合材料大大促进了修饰电极的电子传递能力,与g-C_3N_4膜相比,ZnS和DNA共掺杂的g-C_3N_4膜对NP和PCP的电化学响应明显提高,峰电流是g-C_3N_4膜的2倍,电催化活性明显增强.在最优化条件下,NP和PCP检测的线性范围分别为2.0×10^(-5)-1.0×10^(-8)和1.0×10^(-5)-1.0×10^(-8)mol L^(-1),检出限均为3.3×10^(-9)mol L^(-1).将g-C_3N_4-ZnS-DNA-GCE修饰电极用于湖水中NP和PCP的测定,其回收率均高于90%,证明g-C_3N_4-ZnS-DNA纳米复合材料修饰电极可应用实际水样中痕量环境激素的测定.同时,我们分析了电催化活性增强的原因:(1)DNA分子通过C-O-C键连接到g-C_3N_4表面,导致ZnS纳米片组装成线性超结构,形成稳定的g-C_3N_4-ZnS-DNA纳米复合材料;(2)由于DNA和PCP或NP之间的相互作用使得电极表面上的PCP和NP的浓度增加;(3)纳米复合材料聚苯胺膜可促进电子转移和加速PCP或NP向电极表面的扩散;并提出了Z型g-C_3N_4-ZnS-DNA纳米复合材料的电子转移路径,以及PCP和NP的可能的电催化氧化机理.

摘要：针对芬顿反应中二价铁离子和过氧化氢利用率低,生成的铁泥无法分离等问题,设计利用松塔,氢氧化钠,三聚氰胺为原料,采用高比表面的生物炭为载体,通过热缩聚法来制备生物炭g-C3N4复合光催化剂原位降解甲基橙的性能研究,探讨染料工业废水治理更有效的技术途径。

摘要：高分子聚合物是人类文明进步的重要标志,为人类社会的发展带来极大便利。但是,如果无法有效地回收利用废旧高分子聚合物,不仅会造成严重的环境污染,还会造成极大的资源浪费。因此,废旧高分子聚合物(PET)的循环再利用变得越来越重要。本研究以三聚氰胺与废旧塑料瓶为原料,采用高温热解碳化法,制备出三聚氰胺与PET以不同比例均匀混合的多组三维多孔碳氮复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),对材料的光催化降解抗生素性能进行探究,获得了光催化降解抗生素效率高达87.75%的三维多孔碳氮复合材料。

摘要：通过一种简便的原位负载策略制备了铁锰双金属有机骨架/氮化碳异质结光芬顿催化剂FeMn-MOF/CN,并利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、光致发光(PL)光谱等测试手段对催化剂的组成、结构及光电化学性质进行了表征。以降解高浓度左氧氟沙星(LEV,100 mg/L)为模型反应评价了催化剂的光芬顿反应性能,并提出了可能的光芬顿反应机理。由于光催化和芬顿反应之间的协同作用,5%FeMn-MOF/CN(FeMn-MOF与CN的质量比为5%)异质结表现出优异的光芬顿反应性能,在40 min内对LEV的移除率达到98.8%。基于原位合成的策略,FeMn-MOF和CN之间形成了紧密的异质结界面,不但极大地提高了光生载流子的分离和传递效率,而且显著地促进了Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅲ)/Mn(Ⅱ)的循环。该工作为高效光芬顿催化材料的设计和制备提供了新思路。