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盘点:静电纺g-C3N4膜用于高效光催化的最新进展
2021/10/13 11:38:26 易丝帮

导语:

具有类似石墨的层状结构的石墨碳氮化物(g-C3N4)近年来在膜基技术领域引起了极大的关注。g-C3N4由于其独特的化学多功能性、固有的多孔性、高稳定性和资源丰富性,广泛应用于构建各种功能膜以满足不同的应用需求。

本文梳理近期静电纺g-C3N4的最新研究进展,供大家了解学习。


1. 江苏大学刘磊教授Chem. Eng. J. :静电纺制备强机械性能、消毒和生物降解性的多功能丝素基过滤膜

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➣江苏大学刘磊教授通过静电纺丝的方法,由掺杂压电LiNbO3 (LN)纳米粒子和石墨碳氮化合物(g-C3N4)的丝素(SF)纳米纤维组成的柔性多功能丝素膜。

➣LN增强了SF基膜的力学性能,使其具有压电性质,产生静电相互作用,提高了颗粒物质和细菌的吸附能力。

➣将g-C3N4集成到LN/SF纳米纤维中,使g-C3N4/LN/SF纤维在静电纺丝可见光照射下具有良好的消毒效果,同时保持了三元复合膜的良好力学性能。SF 基纳米纤维膜显示出优异的降解性。

➣这种具有增强机械性能的SF基复合材料可以显示出多功能性,即提高过滤PM和细菌的效率,杀灭细菌等。

DOI: 10.1016/j.cej.2021.131947


2. 四川大学赵长生教授Compos. Sci. Technol.: 负载TiO2和g-C3N4 两种常见光催化剂赋纳米纤维膜光响应性能

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➣四川大学赵长生教授以聚醚砜为基材(PES),加入亲水性的聚乙烯吡咯烷酮(PVP),共混改性后利用静电纺丝机制备出复合纳米纤维。

➣并进一步通过水浴处理将部分PVP去除,得到一种具有超亲水性和大量介孔结构的聚醚砜纳米纤维膜载体。

➣通过负载TiO2和g-C3N4 两种常见的光催化剂赋予纳米纤维膜光响应性能。

➣得益于构建的多孔结构,使得纤维中光催化剂的活性位点得以暴露,促进了纳米纤维载体的光吸收、光降解污染物等性能。  

DOI: 10.1016/j.compscitech.2021.108993


3. 长春理工大学董相廷Ceram. Int.:g-C3N4纳米片修饰碳基 Janus纳米纤维异质结构光催化剂的构建、结构和光催化性能

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➣长春理工大学董相廷教授通过合理的结构设计,构建了一种具有特殊结构和功能的g-C3N4纳米片修饰碳基[TiO2/C]//[Bi2WO6/C] Janus纳米纤维异质结构光催化剂(表示为TB-JgHP)。

➣采用共轭静电纺丝制备一侧响应紫外光另一侧捕获可见光的柔性碳基[TiO2/C]//[Bi2WO6/C] Janus纳米纤维,然后利用尿素气化的气固反应在Janus纳米纤维表面原位均匀生长g-C3N4纳米片。

➣优化的TB-JgHP在模拟日光照射100分钟下表现出显著的析氢效率(17.48mmol h-1 g-1)和亚甲基蓝降解率(99.2%),证实了其具有突出的双功能特性。

➣异质结构间梯度带结构的形成更有利于光生电子-空穴对的多步分离和更有效地吸收光。此外,柔性自支撑碳基光催化剂不仅具有出色的电子传输性能,而且易于从溶液中分离,具有优异的可回收稳定性。

DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.07.045


4. 东华大学黄满红Chem. Eng. J.:自清洁多功能C-P@MIL-P@MoS2电纺膜去除印染废水中染料和Sb(III)

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➣东华大学黄满红教授通过静电纺丝技术制备了双层[MIL-88A/石墨相氮化碳(g-C3N4)+MoS2]纳米纤维作为功能层,用于在纳米纤维表面涂覆一层光滑且致密的壳聚糖(CS)之后制备一种多功能亲水性滤膜。

➣将其用于去除印染废水中的染料和Sb(III)时,该C-P@MIL-P@MoS2膜显示出优异的吸附和氧化性能。

➣PAN@MIL-88A/g-C3N4催化层和PSF@MoS2催化剂层具有良好的协同效应,可以产生更多的羟基自由基(·OH),从而有效降解MB。

➣[MIL-88A/g-C3N4+MoS2]层上的光芬顿反应可通过·OH有效降解MB,以恢复污染膜的水通量,并提高截留率。

DOI: 10.1016/j.cej.2021.129621


5. 东华大学丁彬教授Nano Res.:g-C₃N₄包覆CdS量子点/ZrO₂纳米纤维异质结的界面设计及高效电催化固氮研究

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➣东华大学纺织科技创新中心俞建勇、丁彬、刘一涛研究团队报道了一种新型的过渡金属自支撑催化剂——柔性ZrO2纳米纤维膜。

➣为提升其催化性能,他们通过室温SILAR法在ZrO2纳米纤维表面均匀负载CdS量子点,进而有效促进两者间载流子的快速传输。

➣通过包覆g-C3N4纳米薄层进一步提升CdS@ZrO2纳米纤维的电导率及结构稳定性,从而构筑出高效的自支撑电催化剂。

➣由于三者间的协同效应,所制备的g-C3N4@CdS@ZrO2纳米纤维膜表现出优异的氨产率(6.32 × 10-10 mol·s-1·cm-2)和法拉第效率(12.9%),为开发高性能、低成本、自支撑的室温固氮催化剂提供了新思路。

DOI: 10.1007/s12274-020-3206-x


6. 山东大学高宝玉/王志宁教授J. Mater. Chem. A:石墨氮化碳(g-C3N4)为基础的高级分离膜

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➣山东大学高宝玉/王志宁教授概述了合成超薄g-C3N4基膜的先进策略,例如过滤辅助涂层、共混、界面聚合、浸涂、静电纺丝和三维打印。

➣重点介绍了g-C3N4膜在水处理(淡化和去除污染物)、气体分离和全蒸发中的代表性应用。

➣还指出了g-C3N4基膜的当前挑战和未来前景,以激发高性能分离膜的发展。

DOI: 10.1039/D0TA06729F


7. 东华大学黄满红教授Appl. Catal. B-Environm.:静电纺丝构建CS/PAN @ FeOOH/g-C3N4光芬顿催化膜

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➣东华大学黄满红教授团队以聚丙烯腈(PAN)和FeOOH/g-C3N4微纳米颗粒为原料,通过静电纺丝的方法合成了具有可见光响应的PAN@FeOOH/g-C3N4纳米纤维支撑层。

➣通过在支撑层表面涂覆致密、光滑且无损的壳聚糖(CS)层,成功制备了具有自清洁能力的高亲水性CS/PAN@FeOOH/g-C3N4滤膜。

➣机理研究表明,光芬顿反应产生的羟基自由基(OH·)是导致污染物降解的主要物质。

➣与单独使用CS/PAN@FeOOH/g-C3N4膜相比,光芬顿反应的加入可以有效地恢复被MB和ERY污染的膜的水通量,并增加去除率。

DOI: 10.1016/j.apcatb.2020.119519


8. 西安交通大学延卫教授Appl. Catal. B-Environm.:二硒化锡结合支化TiO2 纤维和 g-C3N4 量子点用于光催化析氢

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➣西安交通大学延卫教授通过静电纺丝制备了 TiO2 的一维纳米纤维,并通过碱水热法在纤维上产生了针状结构。

➣采用化学气相沉积(CVD)方法,先将g-C3N4量子点加载到TiO2的支链纤维上,再将SnSe2纳米片加载到支链纤维上,形成强异质结。

➣该复合材料产生的氢约为2375 μmolg−1 h-1,表现出优异的光催化性能。在420 nm处的量子效率大于16%。

➣光致发光、时间衰减荧光光谱和光电化学结果表明,SnSe2不仅通过增加电子转移减少了电荷重组,而且作为助催化剂为产氢提供了活性位点。

DOI: 10.1016/j.apcatb.2020.118900


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