研究目的
通过使用十二烷基硫酸铵作为气态气泡模板构建蠕虫状多孔纳米结构,开发一种简易改性策略以提升g-C3N4的光催化活性,旨在增强其可见光光催化性能用于环境修复。
研究成果
ALS介导的合成成功制备出蠕虫状多孔g-C3N4材料,其比表面积增大、光吸收能力提升且电荷复合受到抑制,从而在可见光下对罗丹明B和苯酚表现出优异的光催化降解性能。主要活性物种为空穴和超氧阴离子。该光催化剂具有良好的稳定性及环境应用潜力,未来工作建议开展放大实验并探索其他污染物处理。
研究不足
该研究仅限于实验室规模的合成与测试;若要推广至工业应用可能需进行优化。所使用的特定污染物(罗丹明B和苯酚)未必能代表所有污染物。该方法的效果取决于ALS模板的最佳用量,过量使用会因光穿透问题导致性能下降。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用十二烷基硫酸铵(ALS)作为气体气泡模板剂合成蠕虫状多孔g-C3N4,旨在通过构建多孔结构提升比表面积和光催化活性。理论模型包括带隙能计算与载流子动力学分析。
2:样品选择与数据来源:
以不同ALS与三聚氰胺质量比(1%、2%、4%)制备样品,块体g-C3N4作为对照。数据来源包括XRD、UV-vis DRS、SEM、TEM、FTIR、XPS、BET、PL、EPR等表征技术及光催化降解测试。
3:1%、2%、4%)制备样品,块体g-C3N4作为对照。数据来源包括XRD、UV-vis DRS、SEM、TEM、FTIR、XPS、BET、PL、EPR等表征技术及光催化降解测试。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:材料为阿拉丁试剂公司提供的三聚氰胺(C3H6N6)和十二烷基硫酸铵(ALS)、去离子水。设备包括理学D/MAX 2550 VB/PC X射线衍射仪、瓦里安Cary 500紫外-可见分光光度计、Nova Nano SEM 450扫描电镜、JEM2000EX透射电镜、尼高力Magna 550傅里叶红外光谱仪、珀金埃尔默PHI 5000C ESCA X射线光电子能谱仪、ASAP2020比表面积分析仪、岛津RF-5301荧光分光光度计(PL)、爱丁堡FLSP920荧光光谱仪(时间分辨PL)、布鲁克EMX Plus-10/12电子顺磁共振波谱仪、300W氙灯(配截止滤光片)用于光催化测试、紫外-可见分光光度计测RhB浓度、安捷伦1260高效液相色谱仪测苯酚浓度。
4:实验流程与操作步骤:
合成过程为将ALS溶于水,加入三聚氰胺,80°C搅拌至干燥,研磨后520°C煅烧2小时再600°C煅烧3小时。光催化测试:50mL RhB或苯酚溶液加入催化剂,避光搅拌0.5小时达到吸附平衡,氙灯照射,定时取样,离心后测定浓度。
5:5小时达到吸附平衡,氙灯照射,定时取样,离心后测定浓度。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:采用UV-vis(Kubelka-Munk函数)分析带隙、BET测比表面积、PL分析载流子复合、EIS测阻抗、时间分辨PL测寿命,并对降解率进行统计分析。
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X-ray diffractometer
D/MAX 2550 VB/PC
Rigaku
To verify the X-ray diffraction patterns of the synthesized g-C3N4 nanomaterials.
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Scanning electron microscope
Nova Nano SEM 450
FEI
To observe the morphology of the g-C3N4 photocatalysts.
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Transmission electron microscope
JEM2000EX
JEOL
To observe the morphology of the g-C3N4 photocatalysts.
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XPS instrument
PHI 5000C ESCA
PerkinElmer
To analyze the composition and chemical states of the photocatalysts.
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Spectrofluorophotometer
RF-5301
Shimadzu
To perform photoluminescence spectroscopic analysis of the g-C3N4 samples.
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Fluorescence spectrometer
FLSP920
Edinburgh
To obtain steady and time-resolved fluorescence emission spectra.
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EPR spectrometer
EMX Plus-10/12
Bruker
To perform electron paramagnetic resonance analysis.
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HPLC
1260
Agilent
To investigate the concentration of phenol in photocatalytic degradation tests.
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UV-vis spectrophotometer
Cary 500
Varian
To achieve UV-vis diffuse reflectance spectra of the g-C3N4 samples.
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FTIR spectrometer
Magna 550
Nicolet
To record Fourier transform infrared spectra of the g-C3N4 samples.
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BET analyzer
ASAP2020
Micromeritics
To study the Brunauer-Emmett-Teller specific surface areas and pore size distributions.
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Xe lamp
300 W with 1.5 AM cutoff filter
To provide simulated solar light for photocatalytic experiments.
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