Fe掺杂g-C3N4的制备及其可见光催化性能

金瑞瑞 游继光 张倩 刘丹 胡绍争 桂建舟

引用本文: 金瑞瑞, 游继光, 张倩, 刘丹, 胡绍争, 桂建舟. Fe掺杂g-C3N4的制备及其可见光催化性能[J]. 物理化学学报, 2014, 30(9): 1706-1712. doi: 10.3866/PKU.WHXB201406272 shu
Citation:  JIN Rui-Rui, YOU Ji-Guang, ZHANG Qian, LIU Dan, HU Shao-Zheng, GUI Jian-Zhou. Preparation of Fe-Doped Graphitic Carbon Nitride with Enhanced Visible-Light Photocatalytic Activity[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(9): 1706-1712. doi: 10.3866/PKU.WHXB201406272 shu

Fe掺杂g-C3N4的制备及其可见光催化性能

  • 基金项目:

    新世纪优秀人才支持计划(NCET-11-1011) 

    国家自然科学基金(21103077) 

    辽宁省自然科学基金(201202123)资助项目 

摘要:

以硝酸铁和三聚氰胺为原料制备不同含铁量的Fe 掺杂石墨氮化碳(g-C3N4). 采用X 射线衍射光谱(XRD)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、荧光(PL)光谱、X光电子能谱(XPS)等分析手段对制备的催化剂进行了表征. 结果表明,铁以离子形式镶嵌在g-C3N4的结构单元中,影响了g-C3N4的能带结构,增加了g-C3N4对可见光的吸收,降低了光生电子-空穴对的复合几率. 以染料罗丹明B的降解为探针反应系统研究了不同含铁量对g-C3N4在可见光下催化性能的影响. 结果表明,m(Fe)/m(g-C3N4)=0.14%时,制备的Fe 掺杂g-C3N4表现出最佳的光催化性能,120 min 内罗丹明B的降解率高达99.7%,速率常数达到0.026 min-1,是纯g-C3N4的3.2 倍. 以叔丁醇、对苯醌、乙二胺四乙酸二钠为自由基(·OH)、自由基(O2)和空穴(hVB+)的捕获剂,研究了光催化反应机理.

English

    1. [1]

      (1) Liu, A. Y.; Cohen, M. L. Science 1989, 245, 841. doi: 10.1126/science.245.4920.841

      (1) Liu, A. Y.; Cohen, M. L. Science 1989, 245, 841. doi: 10.1126/science.245.4920.841

    2. [2]

      (2) Teter, D. M.; Hemley, R. J. Science 1996, 271, 53. doi: 10.1126/science.271.5245.53(2) Teter, D. M.; Hemley, R. J. Science 1996, 271, 53. doi: 10.1126/science.271.5245.53

    3. [3]

      (3) Wang, X. C.; Maeda, K.; Thomas, A.; Takanabe, K.; Xin, G.; Carlsson, J. M.; Domen, K.; Antonietti, M. Nat. Mater. 2009, 8, 76. doi: 10.1038/nmat2317(3) Wang, X. C.; Maeda, K.; Thomas, A.; Takanabe, K.; Xin, G.; Carlsson, J. M.; Domen, K.; Antonietti, M. Nat. Mater. 2009, 8, 76. doi: 10.1038/nmat2317

    4. [4]

      (4) Yan, S. C.; Li, Z. S.; Zou, Z. G. Langmuir 2010, 26, 3894. doi: 10.1021/la904023j(4) Yan, S. C.; Li, Z. S.; Zou, Z. G. Langmuir 2010, 26, 3894. doi: 10.1021/la904023j

    5. [5]

      (5) Liu, G.; Niu, P.; Sun, C.; Smith, S. C.; Chen, Z.; Lu, G. Q.; Cheng, H. M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11642. doi: 10.1021/ja103798k(5) Liu, G.; Niu, P.; Sun, C.; Smith, S. C.; Chen, Z.; Lu, G. Q.; Cheng, H. M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11642. doi: 10.1021/ja103798k

    6. [6]

      (6) Wang, Y.; Di, Y.; Antonietti, M.; Li, H.; Chen, C.;Wang, X. C. Chem. Mater. 2010, 22, 5119. doi: 10.1021/cm1019102(6) Wang, Y.; Di, Y.; Antonietti, M.; Li, H.; Chen, C.;Wang, X. C. Chem. Mater. 2010, 22, 5119. doi: 10.1021/cm1019102

    7. [7]

      (7) Chen, X.; Takanabe, K.; Domen, K.; Hou, Y.; Fu, X.; Antonietti, M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1680. doi: 10.1021/ja809307s(7) Chen, X.; Takanabe, K.; Domen, K.; Hou, Y.; Fu, X.; Antonietti, M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1680. doi: 10.1021/ja809307s

    8. [8]

      (8) Di, Y.;Wang, X. C.; Thomas, A.; Antonietti, M. ChemCatChem 2010, 2, 834. doi: 10.1002/cctc.201000057(8) Di, Y.;Wang, X. C.; Thomas, A.; Antonietti, M. ChemCatChem 2010, 2, 834. doi: 10.1002/cctc.201000057

    9. [9]

      (9) Yang, Y.; Guo, Y.; Liu, F.; Yuan, X.; Guo, Y.; Zhang, S.; Guo, W.; Huo, M. Appl. Catal. B: Environ. 2013, 142, 828.(9) Yang, Y.; Guo, Y.; Liu, F.; Yuan, X.; Guo, Y.; Zhang, S.; Guo, W.; Huo, M. Appl. Catal. B: Environ. 2013, 142, 828.

    10. [10]

      (10) Huang, L.; Xu, H.; Li, Y.; Li, H.; Cheng, X.; Xia, J.; Xu, Y.; Cai, G. Dalton Trans. 2013, 42, 8606. doi: 10.1039/c3dt00115f(10) Huang, L.; Xu, H.; Li, Y.; Li, H.; Cheng, X.; Xia, J.; Xu, Y.; Cai, G. Dalton Trans. 2013, 42, 8606. doi: 10.1039/c3dt00115f

    11. [11]

      (11) Zhou, X.; Jin, B.; Chen, R.; Peng, F.; Fang, Y. Mater. Res. Bull. 2013, 48, 1447. doi: 10.1016/j.materresbull.2012.12.038(11) Zhou, X.; Jin, B.; Chen, R.; Peng, F.; Fang, Y. Mater. Res. Bull. 2013, 48, 1447. doi: 10.1016/j.materresbull.2012.12.038

    12. [12]

      (12) Li, Q. Y.; Zong, L. L.; Xing, Y. Y.;Wang, X. D.; Yu, L. G.; Yang, J. J. Adv. Mater. 2013, 5, 1316. doi: 10.1166/sam.2013.1589(12) Li, Q. Y.; Zong, L. L.; Xing, Y. Y.;Wang, X. D.; Yu, L. G.; Yang, J. J. Adv. Mater. 2013, 5, 1316. doi: 10.1166/sam.2013.1589

    13. [13]

      (13) Huang, L. Y.; Xu, H.; Zhang, R. X.; Cheng, X. N.; Xia, J. X.; Xu, Y. G.; Li, H. M. Appl. Surf. Sci. 2014, 283, 25.(13) Huang, L. Y.; Xu, H.; Zhang, R. X.; Cheng, X. N.; Xia, J. X.; Xu, Y. G.; Li, H. M. Appl. Surf. Sci. 2014, 283, 25.

    14. [14]

      (14) Feng, X. P.; Zhang, H.; Hang, Z. S. J. Funct. Mater. Devic. 2012, 18, 214. [冯西平, 张宏, 杭祖圣. 功能材料与器件学报, 2012, 18, 214.](14) Feng, X. P.; Zhang, H.; Hang, Z. S. J. Funct. Mater. Devic. 2012, 18, 214. [冯西平, 张宏, 杭祖圣. 功能材料与器件学报, 2012, 18, 214.]

    15. [15]

      (15) Yang, X. H.;Wang, H. J.; Lu, X. F.; Cui, D. L.; Zhang, S. Y. Acta Chimica Sinica 2009, 67, 1166. [杨晓晖, 王红军, 陆希峰, 崔得良, 张树永. 化学学报, 2009, 67, 1166.](15) Yang, X. H.;Wang, H. J.; Lu, X. F.; Cui, D. L.; Zhang, S. Y. Acta Chimica Sinica 2009, 67, 1166. [杨晓晖, 王红军, 陆希峰, 崔得良, 张树永. 化学学报, 2009, 67, 1166.]

    16. [16]

      (16) Wang, X. C.; Chen, X. F.; Thomas, A.; Fu, X. Z.; Antonietti, M. Adv. Mater. 2009, 21, 1609. doi: 10.1002/adma.v21:16(16) Wang, X. C.; Chen, X. F.; Thomas, A.; Fu, X. Z.; Antonietti, M. Adv. Mater. 2009, 21, 1609. doi: 10.1002/adma.v21:16

    17. [17]

      (17) Tonda, S.; Kumar, S.; Kandula, S.; Shanker, V. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 6772. doi: 10.1039/c3ta15358d(17) Tonda, S.; Kumar, S.; Kandula, S.; Shanker, V. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 6772. doi: 10.1039/c3ta15358d

    18. [18]

      (18) Li, F. B.; Li, X. Z.; Hou, M. F.; Cheah, K.W.; Choy,W. C. H. Appl. Catal. A 2005, 285, 181. doi: 10.1016/j.apcata.2005.02.025(18) Li, F. B.; Li, X. Z.; Hou, M. F.; Cheah, K.W.; Choy,W. C. H. Appl. Catal. A 2005, 285, 181. doi: 10.1016/j.apcata.2005.02.025

    19. [19]

      (19) Pan, C. S.; Zhu, Y. F. Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 5570.(19) Pan, C. S.; Zhu, Y. F. Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 5570.

    20. [20]

      (20) Wang, D.; Duan, Y.; Luo, Q.; Li, X.; Bao, L. Desalination 2011, 270, 174. doi: 10.1016/j.desal.2010.11.042(20) Wang, D.; Duan, Y.; Luo, Q.; Li, X.; Bao, L. Desalination 2011, 270, 174. doi: 10.1016/j.desal.2010.11.042

    21. [21]

      (21) Wang, X. C.; Chen, X.; Thomas, A.; Fu, X.; Antonietti, M. Adv. Mater. 2009, 21, 1609. doi: 10.1002/adma.v21:16(21) Wang, X. C.; Chen, X.; Thomas, A.; Fu, X.; Antonietti, M. Adv. Mater. 2009, 21, 1609. doi: 10.1002/adma.v21:16

    22. [22]

      (22) Bojdys, M. J.; Müller, J. O.; Antonietti, M.; Thomas, A. Chem. Eur. J. 2008, 14, 8177. doi: 10.1002/chem.v14:27(22) Bojdys, M. J.; Müller, J. O.; Antonietti, M.; Thomas, A. Chem. Eur. J. 2008, 14, 8177. doi: 10.1002/chem.v14:27

    23. [23]

      (23) Li, X. F.; Zhang, J.; Shen, L. H.; Ma, Y. M.; Lei,W.W.; Cui, Q. L.; Zou, G. T. Appl. Phys. A 2009, 94, 387. doi: 10.1007/s00339-008-4816-4(23) Li, X. F.; Zhang, J.; Shen, L. H.; Ma, Y. M.; Lei,W.W.; Cui, Q. L.; Zou, G. T. Appl. Phys. A 2009, 94, 387. doi: 10.1007/s00339-008-4816-4

    24. [24]

      (24) Anandan, S.; Kathiravan, K.; Murugesan, V.; Ikuma, Y. Catal. Commun. 2009, 10, 1014. doi: 10.1016/j.catcom.2008.12.054(24) Anandan, S.; Kathiravan, K.; Murugesan, V.; Ikuma, Y. Catal. Commun. 2009, 10, 1014. doi: 10.1016/j.catcom.2008.12.054

    25. [25]

      (25) Ge, L.; Han, C. Appl. Catal. B: Environ 2012, 117, 268.(25) Ge, L.; Han, C. Appl. Catal. B: Environ 2012, 117, 268.

    26. [26]

      (26) Garade, A. C.; Bharadwaj, M.; Bhagwat, S. V.; Athawale, A. A.; Rode, C. V. Catal. Commun. 2009, 10, 485. doi: 10.1016/j.catcom.2008.10.044(26) Garade, A. C.; Bharadwaj, M.; Bhagwat, S. V.; Athawale, A. A.; Rode, C. V. Catal. Commun. 2009, 10, 485. doi: 10.1016/j.catcom.2008.10.044

    27. [27]

      (27) Park, Y.; Kim, J. H.; Lee, K. T.; Jeon, K. Adv. Mater. 2009, 21, 4467. doi: 10.1002/adma.v21:44(27) Park, Y.; Kim, J. H.; Lee, K. T.; Jeon, K. Adv. Mater. 2009, 21, 4467. doi: 10.1002/adma.v21:44

    28. [28]

      (28) Cong, Y.; Zhang, J.; Chen, F.; Anpo, M. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 6976. doi: 10.1021/jp0685030(28) Cong, Y.; Zhang, J.; Chen, F.; Anpo, M. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 6976. doi: 10.1021/jp0685030

    29. [29]

      (29) Li, X. Y.;Wang, D. S.; Cheng, G. X.; Luo, Q. Z.; An, J.;Wang, Y. H. Appl. Catal. B: Environ 2008, 81, 267. doi: 10.1016/j.apcatb.2007.12.022(29) Li, X. Y.;Wang, D. S.; Cheng, G. X.; Luo, Q. Z.; An, J.;Wang, Y. H. Appl. Catal. B: Environ 2008, 81, 267. doi: 10.1016/j.apcatb.2007.12.022

    30. [30]

      (30) Liu, G.; Niu, P.; Yin, L. C.; Cheng, H. M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9070. doi: 10.1021/ja302897b(30) Liu, G.; Niu, P.; Yin, L. C.; Cheng, H. M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9070. doi: 10.1021/ja302897b

    31. [31]

      (31) Zhang, S. Q.; Yang, Y. X.; Guo, Y. N.; Guo,W.;Wang, M.; Guo, Y. H.; Huo, M. X. J. Hazard. Mater. 2013, 261, 235. doi: 10.1016/j.jhazmat.2013.07.025

      (31) Zhang, S. Q.; Yang, Y. X.; Guo, Y. N.; Guo,W.;Wang, M.; Guo, Y. H.; Huo, M. X. J. Hazard. Mater. 2013, 261, 235. doi: 10.1016/j.jhazmat.2013.07.025

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  881
  • 文章访问数:  1086
  • HTML全文浏览量:  44
文章相关
  • 发布日期:  2014-08-29
  • 收稿日期:  2014-05-08
  • 网络出版日期:  2014-06-27
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章