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桂林理工大学李存军、王林江等最新成果:一锅法合成具有富氮空位和氧杂原子的多孔石墨氮化碳以提高光催化性能

论论资讯 | 2023-05-01 3热度

Optical Materials

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One-pot synthesis of porous graphitic carbon nitride with rich nitrogen vacancies and oxygen heteroatoms for boosting photocatalytic performance

Liu Z.; Li C.; Xu Y.; Jiao Y.; Liu Y.; Wang L.

Published:2023-05-01
DOI:10.1016/j.optmat.2023.113773

研究背景

环境污染和能源危机是当前全球面临的两个主要问题。为了解决这些问题,科学家们一直在寻找新的环保和能源转换技术。光催化技术是一种有前途的技术,它可以利用太阳能将污染物转化为无害物质。然而,现有的光催化剂存在着光吸收不足、光生载流子分离和传输效率低等问题,这限制了其在实际应用中的效果。

研究内容

一篇发表在《Optical Materials》杂志上的论文介绍了一种新型多孔石墨烯氮化碳(g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>)光催化剂的制备方法和性能。研究人员使用一种称为“一锅法”的热聚合方法,制备了一种富含氮空位和氧杂原子的多孔g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>。这种多孔g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>具有丰富的暴露边缘和互连的开放扩散通道,具有丰富的氮空位和氧杂原子。这种独特的结构和组成有助于暴露活性位点、促进底物和产物的迁移,并在光催化反应中吸收可见光。研究人员发现,通过在g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>中引入氮空位和氧杂原子,可以调节其电子结构,从而加速光生载流子的分离和进一步加速在光照下产生的•O<sub>2</sub><sup>−</sup>自由基的输出。最优的g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>表现出非凡的高浓度(C<sub>0</sub> = 50 mg/L)罗丹明B的光降解性能。在可见光和阳光照射下,90分钟内的光降解效率分别为97.5%和99%。

研究意义

这项研究提供了一种新型的多孔g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>光催化剂,具有强化的光催化性能,可用于环境污染控制和新兴能源转换。这项研究的创新点在于使用一种简单的制备方法制备出具有丰富氮空位和氧杂原子的多孔g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>,并证明了其在高浓度罗丹明B的光降解方面具有出色的性能。这项研究为开发更有效的光催化剂提供了新思路。

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