近年来, 利用石墨氮化碳(g-C₃N₄)光催化法将易溶的U(VI)还原为难溶的U(IV)来清除铀, 已逐渐成为放射性核素研究的热点。本研究将一种含金属钴的金属有机框架材料(MOFs)作为自牺牲模板, 利用简单热共聚法成功合成了含有Co-N_x构型的CoN_x/g-C₃N₄催化剂。在固液比为1.0 g/L、pH 5.0、可见光照射45 min下, 制备的催化剂(w(Co-MOFs) : w(g-C₃N₄)=1 : 1)对50 mg/L的U(VI)标准溶液还原率达到100%。从形貌, 微观结构和光学性能等方面对催化剂进行了表征,结果显示, 引入Co有效拓宽了g-C₃N₄对可见光的吸收范围, 抑制了光生电子与空穴的复合, 从而促进了U(VI)的还原反应。此外, 基于捕获实验深入探究了U(VI)在CoN_x/g-C₃N₄材料表面催化可能的反应机理。研究表明, CoN_x/g-C₃N₄复合光催化剂光学性能优异, 制备方法简单且绿色环保, 对放射性废水中的U(VI)的光催化还原去除效果较好。本工作对后续石墨氮化碳类新型材料的设计、合成与实际应用具有一定的参考作用。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有独特的二维平面结构和半导体能带结构, 广泛应用于光催化。但其又存在光生电子空穴对复合过快、可见光利用效率低、在水中分散性差等问题, 阻碍了其实际应用。本研究以海藻酸钠制备的水凝胶为基体, 通过与负载银纳米颗粒(AgNPs)的g-C₃N₄复合, 提升光生电子-空穴的分离效率, 同时解决催化剂在水中的分散性问题, 改善其光催化性能。首先, 采用热聚合法合成g-C₃N₄, 结合超声的高能量使其剥离成纳米片; 然后采用溶液法在g-C₃N₄表面原位生成银纳米颗粒, 制备得到负载银纳米颗粒的g-C₃N₄(Ag@C₃N₄); 最后以海藻酸钠(SA)为前驱体通过钙离子交联的方法得到负载有Ag@C₃N₄的水凝胶(SA/Ag@C₃N₄)。通过不同手段表征SA/Ag@C₃N₄的形貌、微观结构和相组成; 以甲基橙为模型物, SA/Ag@C₃N₄的光催化降解速率是Ag@C₃N₄的2.5倍。通过光致发光谱、时间分辨光致发光谱、电子顺磁共振波谱等表征手段对材料的催化机理进行探究。结果显示, 体系中银纳米颗粒表面等离子体共振效应与海藻酸钠水凝胶的多孔结构及传质通道发挥协同效应, 促进了光催化性能的提升。

荧光纳米材料及血管荧光成像技术的研究应用已引起人们的广泛关注。然而，现有的荧光材料功能化修饰复杂、合成过程耗时长且产品收率低。因此，基于氮化碳具有优异的光致发光性能、低毒性、良好的生物相容性及卓越的发光性能。设计了一种石墨相氮化碳材料，利用X射线衍射、扫描电子显微镜对其结构进行了表征，通过紫外可见漫反射光谱和荧光光谱研究了其光学性质，表明其具有良好的光学性能。通过细胞毒性评估以及共聚焦细胞荧光成像，表明其具有较低的生物毒性和较好的细胞荧光效果，显示了其在生物成像应用领域有着较大的应用潜能。

氢气作为一种可再生、高效的清洁能源, 在工业生产中必须保证纯度。膜分离技术是一种有效的手段。本工作采用密度泛函理论和分子动力学模拟方法研究了一种新型的类石墨烯碳氮(C₉N₄)分离膜对于H₂的分离提纯性能。密度泛函理论计算结果显示气体在C₉N₄分离膜上的吸附属于物理吸附。C₉N₄分离膜表现出极高的H₂渗透率和优异的选择性, 300 K下H₂渗透率达到1.89×10 ^-5 mol·m ^-2·s ^-1·Pa ^-1, H₂/CH₄的选择性达到10 ²⁴。分子动力学模拟的结果也显示C₉N₄分离膜具有良好的H₂分离特性。