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石墨相氮化碳的制备与光催化性能李龙飞;姜代旬;潘凤丹;刘廓;杜芳林;曲晓飞;尹正茂【摘要】石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种半导体材料,它的禁带宽度约为2.7 eV,具有优异的物理和化学稳定性,并且其原料来源广泛,无毒,廉价,可以应用于产氢、降解有机染料及CO2的还原等领域.本研究以尿素为原料制备了g-C3 N4,研究了热聚合温度、反应时间对制备的g-C3N4光催化降解罗丹明B性能的影响,并考察了对甲基橙、亚甲基蓝等不同染料的光催化降解效果.结果表明:石墨相氮化碳对于罗丹明B和亚甲基蓝的降解效果较好(3h之内几乎完全降解),而对于甲基橙几乎没有降解效果;随着聚合温度的提高(600℃以下),反应时间的延长(9 h以内),产物的光催化降解染料的效果越好.【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(040)002【总页数】6页(P36-41)【关键词】石墨相氮化碳;尿素;光催化降解【作者】李龙飞;姜代旬;潘凤丹;刘廓;杜芳林;曲晓飞;尹正茂【作者单位】青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TQ129随着化石能源的枯竭和生态环境的破坏，能源短缺和环境污染问题引起了人们的高度重视。
各种合成染料生产过程中产生的废液和废料，对环境产生了严重威胁[1-2]。
在这些污染中，对环境威胁最大的部分是每年在世界范围内产生近7 000万t 的各种染料[3-4]，而这些有机染料即使极低的浓度(0.001 mg·L-1)也会对人们造成严重的健康危害。
氮掺杂二氧化钛的制备及性能氮掺杂二氧化钛的制备及性能一、引言二氧化钛（TiO2）是一种具有广泛应用前景的重要半导体材料，其独特的光电性能使其成为光催化、光电器件等领域的研究热点。
然而，纯二氧化钛在可见光范围内的光催化活性较低，限制了其在环境净化、水分解、有机废水处理等方面的应用。
为了提高二氧化钛的光催化性能，研究者们进行了大量的尝试，其中掺杂是改善其可见光催化性能的有效方法之一。
掺杂是指在材料中加入一定量的其他元素，以改变其特性。
氮掺杂是指在二氧化钛晶体结构中加入氮元素，以减小其能带宽度，使其能带边缘能级向可见光区域转移，从而增强其可见光吸收能力和光催化活性。
二、氮掺杂二氧化钛的制备方法氮掺杂二氧化钛的制备方法主要包括溶液法、气相法和固相法三种。
1. 溶液法溶液法制备氮掺杂二氧化钛的过程相对简单，操作灵活性高。
常见的方法是先制备二氧化钛的前驱体，如氯化钛或硝酸钛，然后在含有氮源的溶液中进行水解和热处理。
2. 气相法气相法通常是利用化学气相沉积（CVD）技术，在二氧化钛表面沉积一层氮化钛薄膜。
该方法需要较高的温度和气氛控制，适用于制备薄膜和纳米颗粒。
3. 固相法固相法是指在二氧化钛晶体中加入氮元素，然后通过热处理使其结合形成氮掺杂二氧化钛。
该方法通常需要高温和较长的反应时间，但可以获得高度掺杂的材料。
三、氮掺杂二氧化钛的性能及应用1. 光催化性能氮掺杂二氧化钛在可见光区域具有更好的吸光性能，因此能够充分利用太阳光进行催化反应。
实验结果表明，掺杂量适宜时，氮掺杂二氧化钛的光催化活性明显提高，其在有机废水处理、空气净化和光电化学水分解等领域具有广泛应用前景。
2. 光电性能氮掺杂能够改变二氧化钛的电子结构，增强其导电性能。
因此，氮掺杂二氧化钛在光电器件中有很好的应用潜力，如太阳能电池、光电催化电池等。
3. 其他性能氮掺杂还可以改变二氧化钛的表面性质，如亲水性能、电化学性能等。
因此，氮掺杂二氧化钛还可以应用于自洁材料、电化学传感器等领域。
氮掺杂二氧化钛的制备及性能氮掺杂二氧化钛的制备及性能一、引言二氧化钛（TiO2）作为一种重要的半导体材料，具有良好的光催化性能和光电化学性能。
然而，纯TiO2的禁带宽度较大，仅能吸收紫外光，限制了其在可见光区域的应用。
因此，通过掺杂改性，尤其是氮掺杂，能有效地提高TiO2的可见光吸收能力，从而扩展其应用领域。
本文将详细讨论氮掺杂二氧化钛的制备方法及其性能。
二、制备方法1. 溶胶-凝胶法：通过溶胶-凝胶法制备氮掺杂二氧化钛是常见的方法之一。
首先将适量的钛酸四丁酯和氨水溶液混合，形成透明溶液。
随后，在搅拌条件下将溶液水热处理，使其形成凝胶。
最后，将凝胶进行干燥和煅烧处理，得到氮掺杂二氧化钛。
2. 气相沉积法：气相沉积法是另一种制备氮掺杂二氧化钛的方法。
该方法需要使用金属有机化合物和氨气作为原料气体。
首先，金属有机化合物和氨气在高温下反应，生成氮掺杂二氧化钛的前驱体。
然后，前驱体在低温条件下进行热解，得到氮掺杂二氧化钛薄膜。
三、性能研究1. 光催化性能：氮掺杂二氧化钛具有优异的光催化性能。
研究表明，在可见光照射下，氮掺杂二氧化钛能够有效分解有机污染物，如甲基橙、罗丹明B等。
由于氮掺杂引入了新的能级，提高了光生载流子的分离效率，从而提高了光催化活性。
2. 光电化学性能：氮掺杂二氧化钛可用于制备高效的光电化学电池。
研究发现，经过氮掺杂的二氧化钛在阳极材料中应用于染料敏化太阳能电池，其光电转换效率明显提高。
氮掺杂引入的能级有利于电子的传输和被捕获，从而增强了光电流的产生。
3. 可见光吸收能力：纯TiO2只能吸收紫外光，因此其在可见光区域的利用率较低。
通过氮掺杂，TiO2的禁带宽度缩小，能够吸收可见光，从而提高了材料在可见光区域的利用效率。
四、应用展望氮掺杂二氧化钛具有广泛的应用前景。
一方面，其在环境领域中可以应用于水处理、空气净化等方面；另一方面，其在能源领域中可以用于制备高效光电化学电池、染料敏化太阳能电池等。
石墨相氮化碳的结构与光催化性能作者：杨玉蓉王佳慧刘宇飞来源：《牡丹江师范学院学报（自然科学版）》2022年第03期摘要：阐述石墨相氮化碳的合成、在光催化领域中的应用、改性与形貌控制，展望其在光催化领域面临的机遇和挑战.关键词：石墨相氮化碳;光催化;改性[中图分类号]TK91;O644.1[文献标志码]A文章编号：1003-6180（2022）03-0035-04Structure and Photocatalytic Properties of Graphitic Carbon NitrideYANG Yurong，WANG Jiahui，LIU Yufei（School of Science，Heihe University，Heihe 164300，China）Abstract：The synthesis，application，modification and morphology control of graphite-phase carbon nitride in photocatalysis were reviewed，and the opportunities and challenges in photocatalysis field were proposed.Key words：graphitic carbon nitride;photocatalysis;modification工业化的迅速发展导致全球对能源的需求急剧增加.日益增长的能源需求和逐渐恶化的环境问题成为全球可持续发展的巨大挑战.将太阳能转化为可再生能源成为解决能源和环境问题的有效策略.可见光诱导的半导体光催化技术被广泛研究.在众多光催化剂中，石墨相氮化碳因具有较高的物理化学稳定性和独特的電子能带结构等优点而备受关注.石墨相氮化碳稳定性高、成本低、绿色环保，在光催化产氢领域被广泛应用.然而，由于电导率低、载流子复合率高、光吸收效率低，石墨相氮化碳的光催化性能并不理想.本研究对石墨相氮化碳的结构、合成、在光催化领域中的应用、改性与形貌控制进行了分析，展望了光催化领域存在的机遇和挑战.1石墨相氮化碳的合成石墨相氮化碳作为一种可见光催化剂，通常由含有氮的前驱体直接缩合来合成，可以采用对尿素、硫脲、三聚氰胺等富氮的前驱体进行热处理来制备.前驱体材料和制备条件是影响石墨相氮化碳物理化学性质的关键因素，这些因素严重影响了石墨相氮化碳的C/N比、比表面积、孔隙率、吸收边缘及其微观结构.石墨相氮化碳的合成过程是加聚和缩聚的组合：单氰胺分子在约203 °C和234 °C温度下缩合为双氰胺和三聚氰胺，接着进入除去氨的冷凝阶段，大约335 °C时，合成三聚氰胺产物.进一步加热到约390 °C，3s-三嗪单元通过三聚氰胺的重排形成.520 °C，聚合的石墨相氮化碳通过单元进一步冷凝产生.在600 °C以上变得不稳定，超过700 °C，石墨相氮化碳会转化成氮和氰基碎片消失.石墨相氮化碳的独特性质和化学结构受反应气氛的强烈影响.反应气氛能够诱导无序结构、缺陷以及碳和氮空位的产生.缺陷对于多相催化反应是必不可少的，它们可以作为反应物分子的活性位点，通过在价带和导带之间引入其他能级来改变电子能带结构，以增强可见光吸收.半导体中的缺陷和晶格无序可以形成中间态，通常称为带尾态，用于激发电子-空穴对和光催化剂的光学响应.[1-2]无序缺陷的另一个优点是存在更多的俘获位点以阻止光生载流子的复合.具有介孔特征的石墨氮化碳是一种非常有希望的非金属催化剂，除了具有大的比表面积和结晶孔壁，还显示出独特的半导体特性.介孔的形成和比表面积的提高能够调整氮化碳的物理化学性质，从而提升材料的光催化性能.制备石墨相氮化碳的新方法包括超声分散技术、软模板法、化学功能化技术和酸性溶液浸渍法.使用软模板方法形成介孔阵列是通过协同构建两亲表面活性剂和客体物质来实现的.有机模板的成分及其性质对于产生介孔结构至关重要.因此，它们通常被认为是结构导向剂，该方法通常在水热环境中进行，可通过蒸发诱导自组装实现.2石墨相氮化碳在光催化领域中的应用在众多的光催化剂中，石墨相氮化碳由于成本低、制备工艺简单受到了人们的广泛关注.[3-5]石墨相氮化碳具有独特的二维结构，层间的弱范德华力使其具有片状石墨特征，使得每层中的原子排列成具有强共价键的蜂窝状结构，从而形成具有π共轭的类石墨平面构型，进而能够迅速的传输光生载流子.[6-9]石墨相氮化碳的禁带宽度为2.7 eV，最大吸收边为460 nm，能够吸收太阳光谱的部分可见光，具有热稳定性、生物相容性、环保性和耐腐蚀的优点.[10]石墨相氮化碳的价带由N2p轨道构成，导带由N2p和C2p 轨道杂化而成，它具有适当的价带和导带电位，满足光催化产氢、产氧的条件，在光催化领域中被广泛应用.已经开发了大量高效的光催化活性的石墨相氮化碳基纳米材料，其异质结具有出色的光解水制氢性能.石墨相氮化碳作为一种非金属金属和可见光响应的催化剂，在污染物降解中有广阔的应用前景.石墨相氮化碳的光催化降解反应可分为两类：污染物的气相降解，有机污染物和有毒离子的液相去除.二维石墨相氮化碳异质结作为光催化剂在CO2还原中受到广泛关注.石墨相氮化碳的导带底满足CO2还原半反应，能够实现光催化CO2还原.CO2光还原过程不仅仅是一步反应，它涉及质子参加的多电子反应过程，能够产生多种产物.从热力学角度看，CO2通过获得多个（二、四、六、八）电子和氢自由基，依次还原生成气态和液态烃，依次为HCOOH（液态）、CO （气态）、HCHO（液态）、CH3OH（液态）到CH4（气态）.光催化消毒是另一个值得关注的方向.与传统的消毒方法（如臭氧法、氯化法和紫外线法）相比，光催化消毒具有高效、无毒和稳定的特点，是解决这一问题的新选择.3石墨相氮化碳光催化剂的改性与形貌控制由于N2p和C2p轨道的杂化，石墨相氮化碳表现出严重的光生载流子复合.此外，它的光吸收效率低，这些因素极大地限制了其光催化活性的提高.为了提高石墨相氮化碳的光催化活性，研究人员采用了多种策略来提高石墨相氮化碳的光催化活性，如元素和分子掺杂、缺陷引入、界面调控、贵金属负载、有机物复合、与光敏材料和导电材料形成异质结以及合成石墨相氮化碳基同质结.[11]非金属或阴离子的掺杂导致石墨相氮化碳的带隙变窄，从而增强光捕获能力.这是由于杂质的引入，形成了局域态，并将价带顶的位置提高，由此缩小了带隙，增加了光吸收.此外，非金属的掺杂也会导致π电子的离域效应，能够增强材料的电导率、光生载流子的迁移率和电子-空穴对分离率.从动力学和热力学的角度来看，价带宽度对空穴的迁移率起着重要作用，因为宽度越大，空穴的迁移率越高，从而导致更好的氧化效果.价带宽度的增加，需要阴离子或非金属掺杂剂在材料中均匀分布.共掺杂或多个原子的掺杂也是一种很有前途的方法，它可以更有效地调节石墨相氮化碳的带隙.多原子共掺杂能够显著提高石墨相氮化碳的光催化活性.空位也会提高石墨相氮化碳的光吸收，影响它的光催化能力，充当发生反应物吸附、活化以及电子捕获的特定位点，有效地调控材料的能带结构.[12-13]在石墨相氮化碳内引入氮空位能够减小带隙，在石墨相氮化碳中引入碳空位为光生电荷载流子的快速转移提供了活性位点和扩散通道，提高石墨相氮化碳的光吸收，降低光生载流子的复合.将石墨相氮化碳与其他非金属材料、碳基材料、聚合物和分子聚合也是提高其光催化活性的有效方法.石墨相氮化碳和氧化石墨烯复合的纳米材料是通过浸渍和化学还原的组合工艺制备的，石墨烯起到了导电通道的作用，从而有效地分离光生载流子.将MOF材料与石墨相氮化碳复合能够有效提高石墨相氮化碳的光催化活性.石墨相氮化碳与有机分子结合能够有效提高光催化性能，用低负电性分子掺杂剂取代氮原子有利于电子转移，从而提高电导率并抑制光生载流子的复合.增强的电子共轭体系显著地降低了石墨相氮化碳的带隙，导致吸收峰发生红移.由于石墨相氮化碳的电子结构很大程度上由其富电子共轭骨架决定，有机化合物（包括有機分子、有机聚合物和MOFs）与石墨相氮化碳的结合为扩展芳香族聚醚共轭体系提供了可能，实现了对其固有结构特性的调整，例如缩小其带隙以促进光吸收和电荷传输.[14-15]构建异质结或同质结也是增强电荷分离的有效策略.将石墨相氮化碳和其他半导体复合会产生能带偏移，从而在界面处感应出内置电场，实现光生电荷载流子的反向传输.同型异质结已被广泛用于非金属光催化剂.目前，研究人员已经采用了多种策略来制备石墨相氮化碳同质结光催化剂，这些石墨相氮化碳同质结光催化剂显示了良好的光催化活性.控制纳米结构也会导致石墨相氮化碳的化学、物理和光学性质发生改变，调整氧化还原位点的数量、电子和空穴到达活性位点的扩散距离，对提高石墨相氮化碳的性能至关重要.近年来，许多学者深入研究了光催化产氢与石墨相氮化碳形态之间的关系，开发了量子点、一维纳米线、纳米棒、纳米纤维、纳米管、二维纳米片.[16-17]合成石墨相氮化碳的过程中添加造孔剂，通过热缩聚成功制备了多孔石墨相氮化碳，这些多孔石墨相氮化碳的光催化活性和稳定性均得到很大提高.研究人员通过在NH3气氛下对块状石墨相氮化碳进行热处理，开发了具有大量平面内孔和大量碳空位的多孔石墨相氮化碳纳米片，平面内孔赋予石墨相氮化碳具有许多边界，减少了范德华相互作用以减轻严重的聚集，但也暴露了额外的活性边缘和扩散路径，极大地加速了光生电子-空穴的传输和扩散.[18]由于面内孔丰富，石墨相氮化碳的合理改性可以同时实现载流子的有效传输、分离、转移和利用，以及高效的光吸收，这是开发新一代性能优异光催化剂的基础.总之，作为研究最广泛的光催化剂之一，石墨相氮化碳具有可调谐的电子能带结构、化学稳定性、低成本等优异的特性.然而，氮原子的高电负性增加了共轭体系的缺陷，导致石墨相氮化碳的电子利用率和电导率下降，从而对其光催化活性产生不利影响.尽管迄今为止已经取得了一些令人振奋的成果，但石墨相氮化碳杂化复合材料的效率和稳定性仍远未达到大规模应用的要求.在未来的研究中需要深入挖掘光催化反应机理，更好地设计石墨相氮化碳基有机光催化剂，进一步提高材料的稳定性.开发剥离石墨相氮化碳，探索均匀的单层或多层纳米片的新方法，实现更高的太阳能转化效率.开发价格低廉、绿色环保、具有较高的化学稳定性的石墨相氮化碳基光催化剂，并应用到工业领域中，仍然是一个挑战.参考文献[1]桑娜，任玉兰，王雪，等.Bi/BiOBr光催化剂的合成及性能研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2019 （04）：46-49.[2]汪鹏生，李洋，李甲地.水热法制备TiO2/MoS2纳米球光催化剂及其光催化性能研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2017（04）：37-39.[3]孙志明，李雪，马建宁，等.类石墨氮化碳/伊利石复合材料的制备及其可见光催化性能[J].复合材料学报，2018，35（06）：1558-1565.[4]胡金娟，马春雨，王佳琳，等.Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4纳米复合材料的制备及可见光催化性能[J].复合材料学报，2020，37（06）：1401-1410.[5]曹雪娟，单柏林，邓梅，等.Fe掺杂g-C3N4光催化剂的制备及光催化性能研究[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2019，38（11）：52-57.3石墨相氮化碳光催化剂的改性与形貌控制由于N2p和C2p轨道的杂化，石墨相氮化碳表现出严重的光生载流子复合.此外，它的光吸收效率低，这些因素极大地限制了其光催化活性的提高.为了提高石墨相氮化碳的光催化活性，研究人员采用了多种策略来提高石墨相氮化碳的光催化活性，如元素和分子掺杂、缺陷引入、界面调控、贵金属负载、有机物复合、与光敏材料和导电材料形成异质结以及合成石墨相氮化碳基同质结.[11]非金属或阴离子的掺杂导致石墨相氮化碳的带隙变窄，从而增强光捕获能力.这是由于杂质的引入，形成了局域态，并将价带顶的位置提高，由此缩小了带隙，增加了光吸收.此外，非金属的掺杂也会导致π电子的离域效应，能够增强材料的电导率、光生载流子的迁移率和电子-空穴对分离率.从动力学和热力学的角度来看，价带宽度对空穴的迁移率起着重要作用，因为宽度越大，空穴的迁移率越高，从而导致更好的氧化效果.价带宽度的增加，需要阴离子或非金属掺杂剂在材料中均匀分布.共掺杂或多个原子的掺杂也是一种很有前途的方法，它可以更有效地调节石墨相氮化碳的带隙.多原子共掺杂能够显著提高石墨相氮化碳的光催化活性.空位也會提高石墨相氮化碳的光吸收，影响它的光催化能力，充当发生反应物吸附、活化以及电子捕获的特定位点，有效地调控材料的能带结构.[12-13]在石墨相氮化碳内引入氮空位能够减小带隙，在石墨相氮化碳中引入碳空位为光生电荷载流子的快速转移提供了活性位点和扩散通道，提高石墨相氮化碳的光吸收，降低光生载流子的复合.将石墨相氮化碳与其他非金属材料、碳基材料、聚合物和分子聚合也是提高其光催化活性的有效方法.石墨相氮化碳和氧化石墨烯复合的纳米材料是通过浸渍和化学还原的组合工艺制备的，石墨烯起到了导电通道的作用，从而有效地分离光生载流子.将MOF材料与石墨相氮化碳复合能够有效提高石墨相氮化碳的光催化活性.石墨相氮化碳与有机分子结合能够有效提高光催化性能，用低负电性分子掺杂剂取代氮原子有利于电子转移，从而提高电导率并抑制光生载流子的复合.增强的电子共轭体系显著地降低了石墨相氮化碳的带隙，导致吸收峰发生红移.由于石墨相氮化碳的电子结构很大程度上由其富电子共轭骨架决定，有机化合物（包括有机分子、有机聚合物和MOFs）与石墨相氮化碳的结合为扩展芳香族聚醚共轭体系提供了可能，实现了对其固有结构特性的调整，例如缩小其带隙以促进光吸收和电荷传输.[14-15]构建异质结或同质结也是增强电荷分离的有效策略.将石墨相氮化碳和其他半导体复合会产生能带偏移，从而在界面处感应出内置电场，实现光生电荷载流子的反向传输.同型异质结已被广泛用于非金属光催化剂.目前，研究人员已经采用了多种策略来制备石墨相氮化碳同质结光催化剂，这些石墨相氮化碳同质结光催化剂显示了良好的光催化活性.控制纳米结构也会导致石墨相氮化碳的化学、物理和光学性质发生改变，调整氧化还原位点的数量、电子和空穴到达活性位点的扩散距离，对提高石墨相氮化碳的性能至关重要.近年来，许多学者深入研究了光催化产氢与石墨相氮化碳形态之间的关系，开发了量子点、一维纳米线、纳米棒、纳米纤维、纳米管、二维纳米片.[16-17]合成石墨相氮化碳的过程中添加造孔剂，通过热缩聚成功制备了多孔石墨相氮化碳，这些多孔石墨相氮化碳的光催化活性和稳定性均得到很大提高.研究人员通过在NH3气氛下对块状石墨相氮化碳进行热处理，开发了具有大量平面内孔和大量碳空位的多孔石墨相氮化碳纳米片，平面内孔赋予石墨相氮化碳具有许多边界，减少了范德华相互作用以减轻严重的聚集，但也暴露了额外的活性边缘和扩散路径，极大地加速了光生电子-空穴的传输和扩散.[18]由于面内孔丰富，石墨相氮化碳的合理改性可以同时实现载流子的有效传输、分离、转移和利用，以及高效的光吸收，这是开发新一代性能优异光催化剂的基础.总之，作为研究最广泛的光催化剂之一，石墨相氮化碳具有可调谐的电子能带结构、化学稳定性、低成本等优异的特性.然而，氮原子的高电负性增加了共轭体系的缺陷，导致石墨相氮化碳的电子利用率和电导率下降，从而对其光催化活性产生不利影响.尽管迄今为止已经取得了一些令人振奋的成果，但石墨相氮化碳杂化复合材料的效率和稳定性仍远未达到大规模应用的要求.在未来的研究中需要深入挖掘光催化反应机理，更好地设计石墨相氮化碳基有机光催化剂，进一步提高材料的稳定性.开发剥离石墨相氮化碳，探索均匀的单层或多层纳米片的新方法，实现更高的太阳能转化效率.开发价格低廉、绿色环保、具有较高的化学稳定性的石墨相氮化碳基光催化剂，并应用到工业领域中，仍然是一个挑战.参考文献[1]桑娜，任玉兰，王雪，等.Bi/BiOBr光催化剂的合成及性能研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2019 （04）：46-49.[2]汪鹏生，李洋，李甲地.水热法制备TiO2/MoS2纳米球光催化剂及其光催化性能研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2017（04）：37-39.[3]孙志明，李雪，马建宁，等.类石墨氮化碳/伊利石复合材料的制备及其可见光催化性能[J].复合材料学报，2018，35（06）：1558-1565.[4]胡金娟，马春雨，王佳琳，等.Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4纳米复合材料的制备及可见光催化性能[J].复合材料学报，2020，37（06）：1401-1410.[5]曹雪娟，单柏林，邓梅，等.Fe掺杂g-C3N4光催化剂的制备及光催化性能研究[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2019，38（11）：52-57.。
2021年第1期广东化工第48卷总第435期 · 37 · TiO2掺杂改性提高光催化剂有机物降解能力技术研究进展芦琼*，翟莉慧，肖寒，王玫，马应海(中国石油石油化工研究院兰州化工研究中心，甘肃兰州730060)[摘要]纺织行业生产过程中产生大量有机废水，严重危害环境及人体健康，降解废水中有机污染物成为近年来环保领域的研究热点。
二氧化钛(TiO2)的非均相光催化是有效降解有机污染物最有前途的技术之一。
本文介绍了TiO2的光催化机理并且从金属离子掺杂、非金属离子掺杂、半导体复合、染料敏化等方面综述了提高TiO2光催化效率的研究进展。
[关键词]二氧化钛；光催化；改性；有机染料；掺杂[中图分类号]O643.36；O644.1 [文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2021)01-0037-03Research Progress of Doping Modification of TiO2 to Improve PhotocatalystOrganic DegradationLu Qiong*, Zhai Lihui, Xiao Han, Wang Mei, Ma Yinghai(Lanzhou Petrochemical Research Center Petrochemical Research Institute of PetroChina, Lanzhou 730060, China) Abstract:A large amount of organic wastewater from textile industry, which seriously impacts on the environment and human health. In recent years, the degradation of organic pollutants in wastewater has become a research hotspot in the field of environmental protection. The heterogeneous photocatalysis of titanium dioxide (TiO2) is one of the most promising technologies for the effective degradation of organic pollutants. In this paper, photocatalytic mechanism of TiO2 was introduced and the latest research progress on improving the photocatalytic efficiency of TiO2 was summarized which include metal ion doping, non-metal ion doping, composite semiconductors, dye sensitization and so on.Keywords: titanium dioxide；photocatalysis；modification；organic dye；doping半导体光催化作为一种绿色化学技术，近年来受到了极大的关注，在众多的半导体光催化剂中，TiO2作为一种新型的半导体光催化剂，除了具有化学稳定高、氧化能力强、易获取、无毒、制备成本低及反应条件温和等优点外，还具有降解污染物速度快且较完全的特点，被广泛用于各个领域[1]。
N掺杂二氧化钛光催化降解甲基橙染料废水的试验研究
沈宇翔
【期刊名称】《中国资源综合利用》
【年(卷),期】2024(42)4
【摘要】试验以尿素为氮源,采用溶胶-凝胶法合成N掺杂二氧化钛(N-TiO_(2)),使用X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪对其结构进行表征,然后探索N-TiO_(2)光催化降解甲基橙染料废水的最佳工艺条件。
结果显示,最佳工艺条件下,反应体系pH为8,催化剂添加量为7 g/L,甲基橙初始浓度为10 mg/L,催化剂循环使用次数小于4次,甲基橙降解率可达98%,N-TiO_(2)具有优异的光催化活性和稳定性。
【总页数】3页(P27-29)
【作者】沈宇翔
【作者单位】广西大学资源环境与材料学院
【正文语种】中文
【中图分类】X791
【相关文献】
1.氮掺杂TiO2光催化降解甲基橙染料废水的试验研究
2.掺杂Fe2O3纳米TiO2膜光催化降解有机染料废水中甲基橙
3.磁悬浮型硫氮共掺杂二氧化钛光催化剂降解甲基橙的研究
掺杂BiPO4光催化降解亚甲基蓝模拟染料废水的试验研究
5.N 掺杂二氧化钛光催化降解甲基橙染料废水研究
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氮掺杂二氧化钛的电催化性能研究进展摘要二氧化钛作为近年来热门的光催化材料，得到大家广泛的关注与研究，而氮掺杂二氧化钛具有令人瞩目的优势也逐渐成为人们研究的热点。
本文综述了氮掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法，并对其多种光催化剂机理进行简述，最后阐述了氮掺杂二氧化钛催化材料在环境污染等方面的应用及其研究进展，并对氮掺杂二氧化钛材料的发展前景提出展望。
关键字氮掺杂二氧化钛电催化催化活性一、前言在推进可持续化建设的当今社会，环境污染、食品医疗安全卫生问题等越来越受到公众的重视和关心。
环境污染问题一直是非常棘手的世界性难题，受到大家的关注，现在好多地方及领域仍然采取填埋、焚烧等方式进行垃圾处理，这样不仅无法解决有害有毒物质的污染问题甚至会对环境造成二次污染，如垃圾中的有毒物质渗透到土壤中导致土地、地下水源等被污染，而焚烧的垃圾也会释放大量有毒气体污染空气，因此寻找一种垃圾处理的有效方式亟待解决。
由日本东京大学教授Fujishima和Hon da⑴于1972年发现的二氧化钛的光催化特点，使得二氧化钛在改善环境污染以及垃圾处理等方面的用处初显于世并带来极其广泛的应用前景。
二氧化钛（TiO2）具有成本低廉、化学稳定性好、比表面积大、光催化效率高和不产生二次污染等优异特点，因此是一种应用广泛且极具潜力的光催化材料[1-3]，并且广泛应用于空气净化、抗菌杀菌、太阳能敏化电池以及光催化处理环境污染物等众多领域[4]。
但是，TiO2 目前在实际应用中仍存在很多困难，阻碍其应用的一个重要因素就是激发光波长问题。
由于TiO2 半导体禁带宽度较宽为 3.2 eV，其对应的波长为387 nm，属于紫外光区，而紫外光只占到达地球表面太阳光的6%-7%，在太阳光谱中占绝大多数的可见光部分（能量约占45％）未得到有效利用⑹。
在1986年Sato等⑺就发现氮的引入可使TiO2具有可见光活性，但是十几年来一直没有引起人们的重视，直到2001年Asahi[8]在Science上报道了氮替代少量的晶格氧可以使TiO2 的带隙变窄，在不降低紫外光下活性的同时，使Ti02具有可见光活性，才掀起了非金属元素掺杂Ti02的热潮，而其中，N掺杂型TiO2具有令人瞩目的优势，目前已经成为世界性研究热点N掺杂TiO2的主要制备方法现如今N掺杂TiO2的技术已得到极大的发展，因此制备方法也多种多样，比如用来制备N掺杂TiO2粉体的气氛下灼烧法、水解沉淀法、溶胶-凝胶法、机械化学法等，以及用来制备N掺杂TiO2薄膜的磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机化学气相沉积法等。
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（g-C3N4）作为一种新型的光催化材料，在环境污染治理方面备受关注。
然而，纯净的g-C3N4材料在一些特定条件下存在一些不足，导致其应用受到一定限制。
因此，通过对g-C3N4材料进行改性，可以提高其光催化活性，同时还可以拓宽其光催化应用的范围。
一种常见的改性方法是掺杂。
例如，通过掺杂金属离子，可以引入额外的能级，改变g-C3N4的能带结构和电子结构，从而提高光催化性能。
金属离子如铜、铜等的掺杂可以增强g-C3N4材料的可见光吸收能力，提高光催化降解有机污染物的效率。
另外，掺杂非金属元素如硼、硅、磷等也可以改善g-C3N4的光催化活性。
这些非金属掺杂元素能够改变材料的禁带宽度和表面活性位点的数量，从而提高材料的催化性能。
此外，通过复合材料的制备方法可以进一步提高g-C3N4的光催化性能。
与其他催化材料如二氧化钛（TiO2）、锌氧化物（ZnO）等的复合制备能够实现协同效应，提高整体光催化性能。
例如，将g-C3N4与金属氧化物（如Fe2O3、Bi2O3等）复合制备，可以增加活性位点的数量，提高光催化降解有机污染物的效率。
此外，g-C3N4还可以与其他材料如二维材料、纳米粒子等复合，实现掺杂效应，从而进一步提高光催化降解性能。
在光催化降解有机污染物方面，石墨相氮化碳通过捕捉光能并将其转化为活性物种如电子和空穴，从而实现有机污染物的氧化降解。
此外，光催化过程中空穴还可以与水和氧反应生成羟基和羟基自由基，从而进一步促进有机污染物的降解。
其光催化降解性能主要取决于光吸收能力、载流子分离和传输效率以及光生活性物种的产生等方面。
近年来，通过对g-C3N4的改性研究，已取得了一些重要的进展。
然而，现有的研究主要集中在材料的制备和光催化性能的表征上，对于其机理研究和实际应用仍然存在一定的不足。
因此，在未来的研究中，应该进一步探索g-C3N4的光催化机制，开发新的改性方法，提高材料的光催化降解性能。
