1 佛山科学技术学院交通与土木建筑学院，佛山 528000
2 佛山科学技术学院环境与化学工程学院，佛山 528000
近年来，石墨相氮化碳(g-C3N4)以其合适的带隙宽度、丰富的活性位点和成本低廉等优点，成为新兴的可见光响应非金属光催化剂，被广泛应用于光催化降解有机污染物领域。然而，纯g-C3N4对可见光的吸收效率较低且光生电子和空穴复合速率快，导致其光催化活性处于较低水平。基于g-C3N4的非金属特性，通过非金属掺杂可以有效提高g-C3N4的光催化性能，引起了学者们的广泛关注。本文介绍了目前非金属掺杂g-C3N4复合材料常见的制备方法,着重归纳了不同类型的非金属掺杂g-C3N4光催化降解水中有机污染物的相关研究进展，探讨其作为光催化剂在可见光条件下降解有机污染物的相关机理。最后，提出目前g-C3N4基复合材料在光催化降解水中有机污染物中所面临的挑战，旨在为非金属掺杂g-C3N4耦合光催化在水中有机污染物降解方面提供参考。
石墨相氮化碳 非金属掺杂 光催化 降解 有机污染物 graphitic carbon nitride nonmetal doping photocatalytic degradation organic pollutant
通过热剥离(空气、氢气), 超声剥离及硼氢化钠化学剥离的方式对体相石墨型氮化碳进行处理, 制备了不同性能的薄层氮化碳。采用X射线衍射、X射线光电子能谱、Fourier变换红外光谱、固体紫外可见漫反射谱、氮气物理吸附等仪器对所制样品的结构和性能进行了表征, 并考察了样品对水相有机污染物的光催化降解性能。结果表明: 剥离方式对氮化碳的物化和光催化性能有较大的影响, 在空气中剥离的氮化碳(g-CN_A)表现出最佳的光催化性能, 40 min时对盐酸四环素(TC)的降解率高达99.87%, 且4次循环使用后仍具有良好的循环稳定性。捕获剂探究反应机理实验结果表明, 超氧自由基(·O2-)是该反应的主要活性物种。
石墨型氮化碳 剥离方式 光催化降解 盐酸四环素 反应机理 graphitic carbon nitride exfoliation method photocatalytic degradation tetracycline hydrochloride reaction mechanism
1 纳米清洁能源中心，燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北 秦皇岛 066004
采用溶液浇筑法结合热压法制备了复合固态电解质，将Na-β-Al2O3和g-C3N4无机颗粒加入到聚氧化乙烯和聚己内酯共混聚合物中得到复合电解质，结合物相表征和电化学测试研究了复合电解质性能。通过优化各组分特别是g-C3N4的质量比例，聚合物复合电解质获得了在室温下较高的离子电导率、宽的电化学稳定窗口以及较好的抑制钠枝晶能力。在50 ℃，由金属钠电极组装的对称电池在0.1 mA/cm2的电流密度可以长时间稳定循环；以Na3V2(PO4)3@C为正极活性材料，金属钠与碳纸复合作为负极组装全固态电池(不添加任何液体)，在0.2 C充放电比容量稳定在约107 mA·h/g。
复合电解质 聚合物共混 氧化铝电解质 石墨相氮化碳 钠电池 composite polymer electrolyte polymer blending aluminium oxide electrolyte graphitic carbon nitride sodium battery
1 唐山学院环境与化学工程系, 唐山 063000
2 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室(燕山大学), 秦皇岛 066004
3 唐山市化工环保与新型薄膜涂层材料重点实验室, 唐山 063000
通常采用以氢氧化物作为造孔剂, 过渡金属硝酸盐或氯化物作为石墨化催化剂的传统两步法策略制备多孔石墨化碳材料。然而制备过程中多涉及有毒和腐蚀性试剂, 且多步骤的过程耗时较长。本文以双氰胺为原料通过热缩聚反应得到g-C3N4, 采用高铁酸钾为催化剂一步法实现g-C3N4的同步碳化-石墨化, 并研究其光催化性能。与传统的两步法相比, 该方法耗时少、效率高、无污染。与初始的g-C3N4材料相比, 石墨化g-C3N4衍生碳质材料不仅显著改善了可见光的吸收, 而且大大增强了光催化活性。研究了不同石墨化温度对g-C3N4衍生碳质材料在可见光下降解甲基橙溶液的影响。700 ℃下制备的衍生碳质材料的降解率为12.4 mg/g。光电化学测试结果表明, 多孔g-C3N4衍生碳质材料的光生载流子密度、电荷分离和光电流(提高了5.4倍)均得到显著提高。因此, 该简便、灵活方法为提高g-C3N4衍生碳质材料的吸附和光催化性能提供了一种有前景的、高效的途径。
石墨氮化碳 碳质材料 光催化 高铁酸钾 碳化-石墨化 可见光 甲基橙 graphitic carbon nitride carbon material photocatalytic potassium ferrate carbonization-graphitization visible-light methyl orange
石墨相氮化碳(g-C3N4)荧光纳米材料具有原料便宜、 制备容易、 荧光量子产率高、 光学稳定性好、 毒性低等优点, 并且避免有机荧光染料复杂的合成步骤或者金属半导体量子点对环境潜在的危害, 这些优点使得g-C3N4纳米材料成为新兴的荧光探针用于检测金属离子。 最近, 已有文献报道重金属汞离子能够高灵敏高选择性地猝灭g-C3N4量子点的荧光, 加入碘离子能够提取被键合的汞离子形成碘化汞(HgI2)进而恢复g-C3N4量子点的荧光, 从而建立一种高灵敏检测碘离子的荧光传感器。 然而, 该方法依然需要重金属汞离子的参与, 限制了该方法的推广应用。 通过硝酸氧化块体g-C3N4并结合水热法处理制备了一种水溶性好、 荧光强度高的g-C3N4量子点。 该量子点的荧光发射波长位于368 nm, 且其荧光发射波长不随激发波长的改变而改变, 表明该量子点的尺寸比较均一。 笔者发现碘离子在220 nm处有一个较强的吸收峰, 与该量子点的激发光谱(中心波长245 nm)具有较大的重叠, 从而产生内滤效应引起该量子点的荧光发生猝灭。 利用这一性质, 构建了一种选择性检测碘离子的新型荧光传感器。 在最优检测条件下, g-C3N4量子点的荧光猝灭强度(ΔF)与碘离子浓度(X, μmol·L-1)在10～400 μmol·L-1之间具有良好的线性关系, 线性方程为ΔF=0.325 79X+6.039 05(R2=0.999 5), 检出限为5.0 μmol·L-1。 通过“混合即检测”并且不需要借助与重金属离子的配位作用就能够检测碘离子, 因此该方法具有快速、 环保以及操作简便等优点。
氮化碳量子点 碘离子 内滤效应 荧光传感器 Graphitic carbon nitride Iodide ions Inner filter effect Fluorescent sensor 光谱学与光谱分析
2019, 39(7): 2029
