文献奖励丨西安工程大学 环境与化学工程学院:刘甜、朱炜等人凭借使用我们MC镁瑞臣的产品,发表了最新光催化研究成果!

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发表期刊:Advanced Science

文章题目:Preparation of Structure Vacancy Defect Modified Diatomic-Layered g-C3N4 Nanosheet with Enhanced Photocatalytic Performance

第一作者刘甜、朱炜

讯作者李云锋

发表单位:西安工程大学 环境与化学工程学院

实验方向:光催化

影响因子:17.521

 
01
本文要点

无需其他物种辅助的石墨相氮化碳(g-C3N4)结构自修饰引起了广泛关注。本研究通过在真空石英管中对块体g-C3N4进行热处理,合成了结构空位缺陷修饰的双原子层g-C3N4纳米片(VCN)。这种真空-热双重驱动力的条件促进了g-C3N4的剥离和结构空位的形成。所制备的VCN具有较大的比表面积和丰富的孔结构,为催化反应提供了更多的活性中心。此外,VCN样品中形成的特殊缺陷能级在光激发阶段能产生更高的激子密度。同时,由于超薄结构(≈1.5nm,对应两个石墨相氮化碳原子层)大大缩短了电荷转移路径,光生电荷能迅速转移到VCN表面。此外,缺陷能级缓解了纳米级g-C3N4量子尺寸效应导致的带隙增大问题,实现了良好的可见光利用。因此,VCN样品在制氢和典型抗生素(如环丙沙星和盐酸四环素)的光降解方面表现出优异的光催化性能。

 
02
前言

光催化技术因其在解决环境和能源问题方面的潜力而备受关注。光催化剂能将太阳能转化为化学能,应用于污染物降解、制氢、二氧化碳还原和氮固定等领域。然而,设计可持续且高效的可见光光催化剂仍然是最具挑战性的任务。石墨相氮化碳(g-C3N4)因其合适的带结构、简单的制备方法和优异的结构稳定性而受到广泛关注。然而,g-C3N4的固有缺陷,如比表面积小、可见光吸收效率低和电荷复合快,极大地限制了其光催化性能。

论文第一作者为:刘甜、朱炜

论文通讯作者为:李云锋

 
03

本文使用设备

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04
结果与讨论

结构与性质分析:通过XRD、FT-IR、固态13C NMR和1H NMR光谱、XPS和EPR光谱等手段表征了所制备的VCN样品,证明了其分子结构中存在空位缺陷。N2吸附-脱附测试表明,VCN具有较大的比表面积(59.8 m²/g)和丰富的孔结构。SEM和TEM图像显示,VCN呈现出超薄的纳米片结构,厚度约为1.5nm。

 

光催化活性:在制氢实验中,VCN表现出最高的H2析出速率(5.12 mmol h⁻¹ g⁻¹),分别是GCN和NCN的7.64倍和2.64倍。

在抗生素降解实验中,VCN在30分钟内对环丙沙星的降解率达到85%,降解速率常数是GCN的13.6倍。

 

光催化机制:通过稳态和瞬态光致发光光谱、光电流响应、线性扫描伏安法、电化学阻抗谱等手段研究了VCN的光生电荷传输行为。

计算表明,VCN的缺陷能级和超薄结构有利于光生激子的形成和电荷分离,从而提高了光催化性能。

 
05
全文小结

本研究成功制备了具有高效光催化性能的结构空位缺陷修饰的超薄g-C3N4纳米片(VCN)。VCN的空位缺陷和超薄结构在光激发阶段能产生更高的激子密度,并且光生电荷能迅速转移到VCN表面。此外,缺陷能级还缓解了纳米级g-C3N4量子尺寸效应导致的带隙增大问题。因此,VCN在制氢和抗生素光降解方面表现出优异的光催化性能。

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 北京镁瑞臣科技有限公司(简称MC镁瑞臣)创立于2018年3月,总部位于北京市海淀区百旺弘祥科技产业园,公司集科研仪器研发制造、销售、服务于一体,以光催化行业为经营主线,致力于环境清洁、新能源、新材料、碳中和纵向深入发展和横向拓展并行的高科技企业。具有中关村高新技术企业认证和国家高新技术企业资质,企业信用评级AAA级企业认证,ISO9001质量管理体系质量认证及多项实用新型和发明专利。   

 公司在光催化实验设备技术研发方面不断攻克技术难题,为光催化降解污染物、光解水制氢制氧或全解水、光催化二氧化碳还原、光催化合成氨(固氮)、光催化降解VOC、甲醛等实验提供运行更稳定、操作更便捷的实验设备整体解决方案。目前业务遍及全国,为淮北师范大学、清华大学、北京化工大学、北京大学、天津大学、上海交通大学、华东理工大学、武汉大学、西安交通大学、南京工业大学、南京林业大学、东北师范大学、福州大学、中科院物理研究所等科研机构提供了周到满意的服务,赢得了良好口碑。

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2025-05-14
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