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兰州理工大学最新研究:硫、氧共掺杂富氮空位缺陷的g-c3n 4纳米片光催化剂的掺杂机理

论论资讯 | 2023-05-01 2热度

Optical Materials

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Doping mechanism of S, O co-doped in nitrogen vacancy defect rich g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub> nanosheet photocatalyst

Cui J.; Yu F.; Zhang J.; Tang X.; Liu Y.

Published:2023-05-01
DOI:10.1016/j.optmat.2023.113777

研究背景

随着社会的发展,环境污染问题日益突出,其中光催化技术成为了一种重要的解决方案。但是,现有的催化剂存在着光吸收率低、光生电子和空穴复合速度快等问题,影响了其催化效率。因此,如何提高催化剂的光催化效率成为了当前研究的热点问题。

研究内容

一篇发表在《Optical Materials》上的论文表明,研究人员通过一步双坩埚法制备了S和O共掺杂的g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>纳米片光催化剂。在单一掺杂的样品中,掺杂缩小了g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>的层间距。而在S和O共掺杂的样品中,由于相邻层中S和O原子的抵消效应,这种现象消失了。在单一掺杂的g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>样品中,O原子取代了sp<sup>2</sup>杂化的N原子,而S原子取代了sp<sup>2</sup>杂化的C原子。在S和O共掺杂的样品中,O原子取代了sp<sup>2</sup>杂化的N原子,而S原子取代了sp<sup>2</sup>杂化的C原子,从而大大增加了电子浓度。在共掺杂的g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>样品中,S原子的3d轨道同时作为给体和受体能级,有助于光生电子和空穴的分离。因此,S和O共掺杂的g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>样品表现出了最佳的光催化性能。

研究意义

这项研究的创新点在于,通过S和O共掺杂的方式,提高了g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>光催化剂的光催化效率。此外,该研究还揭示了S和O掺杂对g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>结构的影响,对进一步优化催化剂结构具有重要意义。这项研究为光催化技术的发展提供了新思路和新方法,有望为环境治理和能源开发等领域做出贡献。

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