石墨相氮化碳光催化剂改性的研究进展
第32卷第2期2019年4月
Vol.32No.2
Apr.2019
投稿网址：https://www.360docs.net/doc/cb2482239.html, 石油化工高等学校学报
JOURNAL OF PETROCHEMICAL UNIVERSITIES
石墨相氮化碳光催化剂改性的研究进展
李昱慧，张静，张昱屾，陈常东
（辽宁石油化工大学化学化工与环境学部，辽宁抚顺113001）
摘要：石墨相氮化碳（g?C3N4）是具有二维层状结构的材料，作为非金属半导体光催化剂有可见光吸收、能带等级可调变、化学稳定性高、绿色环保无污染等诸多优点。结合近几年国内外g?C3N4研究人员取得的最新成果及研究进展，从掺杂物质结构的角度综述了分子结构改变、单质掺杂、半导体负载及三元复合等g?C3N4的多种改性方法及催化机理，并对未来如何提升g?C3N4的光催化性能进行展望。
关键词：催化剂；石墨相氮化碳；复合材料；降解
中图分类号：TB333文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006?396X.2019.02.001
The Research Progress of Modified g?C3N4Composite Photocatalyst
Li Yuhui，Zhang Jing，Zhang Yushen，Chen Changdong
（College of Chemistry Chemical Industry&Environment，Liaoning Shihua University，Fushun Liaoning113001，China）Abstract:Graphitic carbon nitride(g?C3N4)possesses a unique two?dimensional structure,which is used as a kind of excellent non?metallic semiconductor photocatalysts,owing to its visible light absorption,adjustable energy band grade,high stability,and so on.This review focus on recent research results and progress,and modification and catalytic mechanism related to photocatalysts are summarized based on microstructure changing,elemental doping,semiconductor loading,and multiphase composite of g?C3N4.Finally,the review presents the viewpoint for the development of g?C3N4?based photocatalytic performance. Keywords:Catalyzer；g?C3N4；Compound material；Degradation
随着经济社会快速发展，环境污染越来越严重，减少环境污染建设绿色中国一直是科研工作者的首要课题。自1972年以来，研究人员发现TiO2具有可见光吸收性能，并将其用作光催化降解污染物，但由于TiO2具有禁带宽度较大、太阳能利用率低、光生电子空穴复合率高等缺点，极大限制了它的实际应用。因此科学家们开始寻找比TiO2光催化活性更加优异的半导体光催化剂。
石墨相氮化碳作为本世纪备受科学家们青睐的非金属半导体光催化剂具有诸多优点：较宽的可见光吸收、带间能级可调变、化学稳定性高、边缘丰富N源、无毒无害等。g?C3N4作为一种环境友好型碳材料常被研究者应用于降解有机污染物及分解水产氢[1]。在可见光催化条件下光生电子空穴与氧生成超氧自由基和羟基自由基等活性物种，能够快速降解有机污染物且无二次污染。但单体g?C3N4存在禁带宽度大、光生载流子与空穴复合率高、可见光利用率低等缺点。因此，想获得性能更加优异的复合光催化剂就需要对g?C3N4进行高效改性。本文简要综述了g?C3N4的制备方法，从掺杂物由低到高的复杂程度,即分子结构改变、单质或非金属半导体负载及三元复合等多种角度，对g?C3N4改性后光催化剂的光催化活性和催化机理进行分析，最后根据g?C3N4的研究现状对其未来的研究方向进行展望。
文章编号：1006?396X（2019）02?0001?07
收稿日期：2018?10?18修回日期：2018?11?07
基金项目：国家自然科学基金（21573101）；辽宁省高端人才项目([2015]153)；辽宁省高等学校创新人才支持计划项目（LR2017011)；辽宁省百千万人才工程项目([2017]96)。
作者简介：李昱慧（1992?），女，硕士研究生，从事复合材料的构筑及光催化性能分析研究；E?mail：827444605@https://www.360docs.net/doc/cb2482239.html,。
通信联系人：张静（1980?），女，博士，教授,博士生导师，从事光催化、生物质催化及先进清洁能源材料开发与利用研究；E?mail：jingzhang_dicp@https://www.360docs.net/doc/cb2482239.html,。
石墨相氮化碳的制备及其光催化性能的研究
学校代码：10255 学号：2131347 DONGHUA UNIVERSITY 硕士学位论文 石墨相氮化碳的制备及其光催化性能的研究Preparation and Photocatalytic Properties of Graphite phase Carbon Nitride 专业:环境工程 作者：史振涛 导师：许士洪（副教授） 完成日期：2015年5月
东华大学 硕士学位论文答辩委员会成员名单
东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：年月日
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石墨相氮化碳的制备及其光催化性能的研究 摘要 近年来，半导体光催化技术得到了快速的发展。聚合物半导体石墨相氮化碳（g-C3N4）因其无毒、催化活性高、氧化能力强、且具有优异的化学稳定性和独特的电子能带结构、不含金属组分等优点而得到广泛研究。但是由于聚合物的材料特性，将g-C3N4作为光催化剂还存在如比表面积小、光生电子-空穴复合严重、量子效率低和禁带宽度较大而不能有效利用太阳光等严重制约其在能源、环境光催化领域的大规模推广应用的问题。因此，为了更好的利用太阳光，对g-C3N4进行制备优化及改性以得到较高可见光响应的光催化剂是非常必要的。 在本论文中，作者通过2种简单温和的方法制备出了在可见光下有较好光催化活性的石墨相氮化碳（g-C3N4）光催化剂。同时，结合XRD、UV-Vis、SEM、TEM、BET、TGA等实验手段，研究了不同制备条件对g-C3N4光催化剂的结构及催化性能的影响。结果如下： 1、以双氰胺为原料，通过改变煅烧时间及煅烧温度制备g-C3N4光催化剂。XRD结果表明在一定温度区间内随着煅烧温度的升高g-C3N4的结晶度先变好后变差。UV-Vis的结果表明制备的g-C3N4光催化剂吸收边在460 nm左右。实验还研究了不同煅烧温度、时间对g-C3N4光催化性能的影响，并初步探究了其催化机理。可见光下降解
原子掺杂改善石墨相氮化碳光催化性能的 研究进展
Journal of Advances in Physical Chemistry 物理化学进展, 2017, 6(2), 84-96 Published Online May 2017 in Hans. https://www.360docs.net/doc/cb2482239.html,/journal/japc https://https://www.360docs.net/doc/cb2482239.html,/10.12677/japc.2017.62011 Research Progress on Improving the Photocatalysis of Graphite-C3N4 via O, S and P Doping Ran You, Lu Chen, Yongping Zhang Faculty of Materials and Energy, Southwest University, Chongqing Received: May 4th, 2017; accepted: May 21st, 2017; published: May 24th, 2017 Abstract Graphitic arbon nitride (g-C3N4) has attracted extensive attention in the field of photocatalysis because of its unique atomic and electronic structures. Some intrinsic characteristics, such as small specific surface area and rapid recombination of the photogenerated electron-hole pair, re-strict its application. It is a valid pathway to improve the photocatalytic performance of g-C3N4 by changing its physical and chemical properties via atomic doping. In this paper, we overview the ways to optimize the photocatalysis of g-C3N4, and focus on the techniques and effect of atomic doping. Finally, the research perspective on the g-C3N4 is discussed. Keywords Template, Graphitic-C3N4, Atomic Doping, Photocatalytic Performance 原子掺杂改善石墨相氮化碳光催化性能的 研究进展 游然，陈露，张永平 西南大学材料与能源学部，重庆 收稿日期：2017年5月4日；录用日期：2017年5月21日；发布日期：2017年5月24日 摘要 石墨相氮化碳(g-C3N4)独特的结构使其在光催化性能上具有一定的优越性，使其研究受到了广泛的关注。 文章引用: 游然, 陈露, 张永平. 原子掺杂改善石墨相氮化碳光催化性能的研究进展[J]. 物理化学进展,2017, 6(2):
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 光催化技术可用于分解水产氢和降解有机污染物,是解决能源危机和环境污染问题的新型绿色技术。半导体光催化材料石墨相氮化碳 （g-C3N4）是一种非金属碳氮聚合物,因其具有合适的禁带宽度、良好的化学和热稳定性、制备方法简单等特点。 然而,氮化碳材料具有对可见光吸收能力欠佳,光生电子与空穴重组效率较高等缺陷,严重制约了它的实际应用。因此,本文通过简单快捷的方法对 g-C3N4从尺寸调控、构建异质结和负载助催化剂等方面改性,显著提高其光催化降解有机污染物的性能,具有重要的现实意义。 本文主要研究内容及结论如下:以三聚氰胺为前驱材料制备了体相 g-C3N4,通过煅烧、超声的方法对体相 g-C3N4进行剥离,得到尺寸较小、片层较少的 g-C3N4纳米片;优化了煅烧次数和超声时间,获得了最佳的制备工艺条件,改善了g-C3N4催化降解罗丹明B （Rhodamine B,Rh B）的性能,探讨了其在可见光下降解Rh B的机制。结果表明,二次煅烧并超声处理的方法有效提高了g-C3N4材料降解Rh B的活性。 通过高温煅烧双氰胺得到纯相g-C3N4,通过简单的原位沉淀法,将Ag2WO4成功附着在 g-C3N4片层表面,得到 Ag2WO4/g-C3N4异质结光催化剂,制备过程中未改变g-C3N4的整体形貌和晶体结构,
石墨相氮化碳光催化剂改性的研究进展
第32卷第2期2019年4月 Vol.32No.2 Apr.2019 投稿网址：https://www.360docs.net/doc/cb2482239.html, 石油化工高等学校学报 JOURNAL OF PETROCHEMICAL UNIVERSITIES 石墨相氮化碳光催化剂改性的研究进展 李昱慧，张静，张昱屾，陈常东 （辽宁石油化工大学化学化工与环境学部，辽宁抚顺113001） 摘要：石墨相氮化碳（g?C3N4）是具有二维层状结构的材料，作为非金属半导体光催化剂有可见光吸收、能带等级可调变、化学稳定性高、绿色环保无污染等诸多优点。结合近几年国内外g?C3N4研究人员取得的最新成果及研究进展，从掺杂物质结构的角度综述了分子结构改变、单质掺杂、半导体负载及三元复合等g?C3N4的多种改性方法及催化机理，并对未来如何提升g?C3N4的光催化性能进行展望。 关键词：催化剂；石墨相氮化碳；复合材料；降解 中图分类号：TB333文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006?396X.2019.02.001 The Research Progress of Modified g?C3N4Composite Photocatalyst Li Yuhui，Zhang Jing，Zhang Yushen，Chen Changdong （College of Chemistry Chemical Industry&Environment，Liaoning Shihua University，Fushun Liaoning113001，China）Abstract:Graphitic carbon nitride(g?C3N4)possesses a unique two?dimensional structure,which is used as a kind of excellent non?metallic semiconductor photocatalysts,owing to its visible light absorption,adjustable energy band grade,high stability,and so on.This review focus on recent research results and progress,and modification and catalytic mechanism related to photocatalysts are summarized based on microstructure changing,elemental doping,semiconductor loading,and multiphase composite of g?C3N4.Finally,the review presents the viewpoint for the development of g?C3N4?based photocatalytic performance. Keywords:Catalyzer；g?C3N4；Compound material；Degradation 随着经济社会快速发展，环境污染越来越严重，减少环境污染建设绿色中国一直是科研工作者的首要课题。自1972年以来，研究人员发现TiO2具有可见光吸收性能，并将其用作光催化降解污染物，但由于TiO2具有禁带宽度较大、太阳能利用率低、光生电子空穴复合率高等缺点，极大限制了它的实际应用。因此科学家们开始寻找比TiO2光催化活性更加优异的半导体光催化剂。 石墨相氮化碳作为本世纪备受科学家们青睐的非金属半导体光催化剂具有诸多优点：较宽的可见光吸收、带间能级可调变、化学稳定性高、边缘丰富N源、无毒无害等。g?C3N4作为一种环境友好型碳材料常被研究者应用于降解有机污染物及分解水产氢[1]。在可见光催化条件下光生电子空穴与氧生成超氧自由基和羟基自由基等活性物种，能够快速降解有机污染物且无二次污染。但单体g?C3N4存在禁带宽度大、光生载流子与空穴复合率高、可见光利用率低等缺点。因此，想获得性能更加优异的复合光催化剂就需要对g?C3N4进行高效改性。本文简要综述了g?C3N4的制备方法，从掺杂物由低到高的复杂程度,即分子结构改变、单质或非金属半导体负载及三元复合等多种角度，对g?C3N4改性后光催化剂的光催化活性和催化机理进行分析，最后根据g?C3N4的研究现状对其未来的研究方向进行展望。 文章编号：1006?396X（2019）02?0001?07 收稿日期：2018?10?18修回日期：2018?11?07 基金项目：国家自然科学基金（21573101）；辽宁省高端人才项目([2015]153)；辽宁省高等学校创新人才支持计划项目（LR2017011)；辽宁省百千万人才工程项目([2017]96)。 作者简介：李昱慧（1992?），女，硕士研究生，从事复合材料的构筑及光催化性能分析研究；E?mail：827444605@https://www.360docs.net/doc/cb2482239.html,。 通信联系人：张静（1980?），女，博士，教授,博士生导师，从事光催化、生物质催化及先进清洁能源材料开发与利用研究；E?mail：jingzhang_dicp@https://www.360docs.net/doc/cb2482239.html,。
以石墨相氮化碳为基础的聚合物光催化剂(4)
以石墨相氮化碳为基础的聚合物光催化剂 摘要 半导体光催化是一种很吸引大家研究兴趣的方法来解决全世界范围内的能源紧缺和环境污染问题。自从石墨相C3N4在2009年被用于可见光光催化分解水以来，C3N4光催化已经成为一个非常热门的研究话题。这篇综述总结了C3N4设计制备方面的一些研究进展，也对其在能源和环境方面的应用做了一个全面的概述。 Polymeric Photocatalysts Based on Graphitic Carbon Nitride Semiconductor-based photocatalysis is considered to be an attractive way for solving the worldwide energy shortage and environmental pollution issues. Since the pioneering work in 2009 on graphitic carbon nitride (g-C 3 N 4 ) for visible-light photocatalytic water splitting, g-C 3 N 4 -based photocatalysis has become a very hot research topic. This review summarizes the recent progress regarding the design and preparation of g-C 3 N 4 -based photocatalysts, including the fabrication and nanostructure design of pristine g-C 3 N 4 , bandgap engineering through atomic-level doping and molecular-level modifi cation, and the preparation of g-C 3 N 4 -based semiconductor composites. Also, the photocatalytic applications of g-C 3 N 4 -based photocatalysts in the fi elds of water splitting, CO 2 reduction, pollutant degradation, organic syntheses, and bacterial disinfection are reviewed, with emphasis on photocatalysis promoted by carbon materials, non-noble-metal cocatalysts, and Z-scheme heterojunctions. Finally, the concluding remarks are presented and some perspectives regarding the future development of g-C 3 N 4 -based photocatalysts are highlighted.
石墨相氮化碳材料及其光催化应用_苗阳森
0引言 化石能源危机是当前我国实现可持续发展面临的严重问题，寻找解决问题的有效途径具有重要意义。近年来，关于太阳能利用的研究，特别是太阳能光催化研究的发展十分活跃，尤其是在半导体光催化剂研究方面。目前，光催化领域使用的催化剂多为金属半导体和过渡金属复合物，存在太阳光利用率低、活性低和稳定性差等缺点。而氮化碳具有硬度高、密度低、氮含量高、化学稳定性好以及耐摩擦等优点，可作为高性能的耐摩擦材料，合成金属氮化物的氮源[1-5]；同时，由于具有独特的光学和电子性质，在材料、光学、电子等领域中具有诱人的应用前景，如储能材料、传感器、金属防腐等[6-9]；氮化碳作为有机半导体非金属光催化剂在光催化分解水和降解有机污染物等领域具有简单易行、符合环保要求以及成本低的优点，在解决能源开发和环境治理问题上具有重要意义。 与传统的无机半导体光催化剂比较，氮化碳具有化学性质稳定、热稳定性强、可见光利用率高、制备简易和原料丰富且无毒等特点。其将太阳能转化为化学能等其它形式能量的光催化性能和光催化降解有机污染物的作用为当下解决煤、石油等能源危机以及环境污染等人类亟待解决的问题提供了有效途径。 1氮化碳的研究历史 氮化碳是文献中报道的最古老的聚合物之一。关于它的研究最早可以追溯到1834年，Liebig 把一种由Berzelius合成出的聚合衍生物命名为“melon”[10]。1922年，Franklin通过热解硫氰酸汞制备了一种无定形的C3N4化合物，并提出这种化合物可能具有类似石墨的结构[11]。此后，研究者希望通过硫氰酸盐、三嗪类和七嗪类化合物的热解制备出氮化碳,但是都没能得到明确的晶体结构。1985年，M.L.Cohen根据半经验公式估算出C3N4四面体化合物的体弹性模量值为461~483GPa[12]。 1989年，Liu等[13]以β-Si3N4为结构模型，用C 代替Si，在局域态密度近似下采用第一性赝势能带法，从理论上预言β-C3N4的硬度与金刚石相当之后，氮化碳的研究进入新的时期。1993年，Fox 等[14]成功在实验室合成氮化碳薄膜，并证实其硬度超过金刚石成为世界上最硬的新材料。1996年，Teter等[15]通过第一性原理计算认为，氮化碳晶体可能具有五种结构：α相、β相、立方相、准立 新材料 石墨相氮化碳材料及其光催化应用 苗阳森，卢春山*，李小年 （浙江工业大学工业催化研究所，绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地，浙江杭州310032） 摘要：石墨相氮化碳具有独特的电子能带结构和优异的化学稳定性，作为一种不含金属成分的新型可见光光催化剂，在光催化领域有着广泛的应用前景。介绍了近年来石墨相氮化碳的研究现状，重点探讨其合成方法、结构特性和其相关的衍生物以及在光催化中的应用。 关键词：石墨相氮化碳；衍生物；光催化 文章编号：1006-4184（2016）2-0039-07 收稿日期：2015-05-18 作者简介：苗阳森（1992-），男，河南驻马店人，硕士生。E-mail：miaowangmiaowang@https://www.360docs.net/doc/cb2482239.html,。