阅读文章前辛苦您点下“关注”，方便讨论和分享，为了回馈您的支持，我将每日更新优质内容。
光催化降解被认为是一种首选策略，因为它能够通过利用太阳能来解决能源和环境危机，并能无选择性地降解有机污染物，且无二次污染，是一种绿色可持续的处理技术。
光催化性能主要取决于光催化剂，在众多光催化剂中，g-C3N4作为一种无毒非金属的半导体光催化剂，由于其高还原能力、合适的带隙（2.7~2.9eV）、优异的可见光反应性、低成本材料的便捷合成以及良好的化学稳定性，在光催化领域（二氧化碳还原、水分解、抗菌和污染物降解）备受关注。
g-C3N4制备简单、成本低廉，可以通过低成本的含氮有机前体的直接热聚合来制备，但这种方法制得的g-C3N4存在几个固有的缺点:包括低比表面积、光生电子空穴对的快速重组等。
这限制了其在实际应用中的光催化性能。因此，要针对这些问题进行相应改性，以得到达到更高的比表面积和更好的光生电子-空穴对的分离/转移效率，提高g-C3N4基光催化剂的光催化活性。
通过制造“结”结构可以提高电荷载流子的分离效率，“结”结构可分为同质结和异质结。对于g-C3N4来说，由于其原材料来源广泛、合成成本低，g-C3N4基同质结表现出很强的优势。可以通过制备具有不同能带结构的g-C3N4来构建同质结。
据报道，通过碱刻蚀和酸剥离处理g-C3N4可以有效调节它的形貌和能带结构。碱刻蚀和酸剥离可以改变g-C3N4的原始结构，调整其形貌的同时改变能带结构。
具体来说，碱刻蚀刻会缩小禁带宽度，而酸剥离会增大g-C3N4的禁带宽度。因此，有望结合这两种方法来构建g-C3N4基同质结，获得具有较低的激发能量和增强氧化还原能力的同质结光催化剂。
基于以上考虑，本研究通过碱刻蚀和酸剥离处理获得两种g-C3N4，设计了一种银耳状g-C3N4同质结光催化剂（CNx/CN）。使用MB作为主要污染物研究CNx/CN的光催化活性。
此外，研究了调整CNx/CN光催化剂的反应条件（溶液pH值、共存阳离子和使用实际水体）时所展现出的光催化效果，以探究材料的实际应用能力。
该策略为构建具有更好光催化能力的g-C3N4同质结光催化剂提供了新的策略，为g-C3N4基光催化剂在实际的污水处理应用做出贡献。
碱刻蚀处理是按以下方式进行的。
首先：将三聚氰胺（15g）和KOH（1g）溶解在50ml的去离子水中，磁力搅拌4h，使三聚氰胺和KOH充分混合。然后，将该混合液在80℃的烘箱中干燥12h，以获得粉末前体。
最后，将前体在管式炉中550℃的空气气氛下煅烧4h，得到碱刻蚀的g-C3N4，命名为CNx。15g三聚氰胺在管式炉中550℃空气气氛下直接煅烧4h两次，得到的块状g-C3N4被命名为g-CN。
将1g的g-CN和20ml98%的H2SO4充分混合并搅拌24h，然后用去离子水稀释，再用去离子水将得到的分散液清洗多次，并在3500rpm下反复离心，直到上清液的pH值达到7。
随后，将沉淀物分散在50ml去离子水中超声波处理，以剥离石墨相氮化碳。最后，冷冻干燥后得到一种白色粉末，并命名为CN。
g-C3N4基同质结通过CN和CNx的自组装获得，200mgCN和200mgCNx在100ml乙醇中混合，超声处理30min，然后充分搅拌24h。最后，在80℃下干燥一夜后，得到了g-C3N4同质结，简称CNx/CN。
将三聚氰胺（15g）和KOH（1g）溶解在50ml的去离子水中，磁力搅拌4h，使三聚氰胺和KOH充分混合。
然后，将该混合液在80℃的烘箱中干燥12h，以获得粉末前体。最后，将前体在管式炉中550℃的空气气氛下煅烧4h，得到碱刻蚀的g-C3N4，命名为CNx。
15g三聚氰胺在管式炉中550℃空气气氛下直接煅烧4h两次，得到的块状g-C3N4被命名为g-CN。将1g的g-CN和20ml98%的H2SO4充分混合并搅拌24h，然后用去离子水稀释，再用去离子水将得到的分散液清洗多次，并在3500rpm下反复离心，直到上清液的pH值达到7。
随后，将沉淀物分散在50ml去离子水中超声波处理，以剥离石墨相氮化碳。最后，冷冻干燥后得到一种白色粉末，并命名为CN。
g-C3N4基同质结通过CN和CNx的自组装获得，200mgCN和200mgCNx在100ml乙醇中混合，超声处理30min，然后充分搅拌24h。最后，在80℃下干燥一夜后，得到了g-C3N4同质结，简称CNx/CN。
为了明确样品的官能团，以及碱刻蚀和酸剥离对g-C3N4分子结构的影响，通过FTIR测试进行表征。对于所有的样品而言，在2900-3500cm-1处的几个主要特征峰可能对应于表面吸附的羟基物种（COH）和自由氨基（N-H）的振动带。在1100-1700cm-1和808cm-1的峰是由C-N杂环和三嗪单元的独特拉伸模式引起的。
这些特征峰与g-C3N4相关的特征峰相一致，这也能证明酸剥离并没有破坏CN分子结构。对于CNx和CNx/CN，在2160cm-1处有一个明显的氰基（-C≡N）的峰，由melon结构单元中的终端转化产生。这与K离子的引入有关，g-C3N4同质结复合材料的制备及其光催化性能研究
这表明碱蚀过程中破坏了CNx的骨架结构，成功引入了缺陷。
与g-CN相比，CNx和CNx/CN的（100）峰变得更弱和更宽，这意味着它们内部的重复单元更少，结构内部出现缺陷。而这个缺陷，与FTIR中出现的氰基相呼应。
通过扫描电镜对g-CN、CN、CNx和CNx/CN的微观结构和形貌特征进行了观察，由三聚氰胺直接热聚合制备的g-CN呈现出大量聚集的块状结构。
与g-CN相比，CN没有表现出明显的块状结构，甚至可以观察到一些片状结构，这表明酸剥离策略成功地蚀刻和剥离了g-CN，使其摆脱了原始的聚集的块状结构，从而也增加了其比表面积。
相比之下，经过碱刻蚀策略得到的CNx的表面有许多褶皱结构和空隙，同时在局部放大图中可以观察到明显的空腔，这都预示着CNx比g-CN拥有更高的比表面积。
为CNx/CN的SEM图像，明显可以观察到CNx/CN呈现出银耳状的折叠和空腔结构，同时在放大图中还能观察到一些层状结构，这表明在CN与CNx复合的过程中，形貌被最大限度地保留下来。
CNx/CN所呈现出的结构为光催化反应提供了更多的活性位点，这将有利于其表面的光催化反应的进行。
XPS分析被用来研究样品中的元素组成和化学状态。在g-CN、CN、CNx和CNx/CN样品的XPS光谱中均存在C1s、N1s和O1s的元素峰，与光催化剂的组成一致。
此外，在CNx和CNx/CN中还检测到K2p峰，K2p元素峰的出现证明了碱（KOH）成功蚀刻了g-C3N4骨架，使得K离子掺杂到CNx和CNx/CN内。
C1s的XPS光谱包含两个主要的峰，分别位于284.4eV和287.8eV，以及位于285.8eV的子峰，这些峰分别对应于不定碳（C-C）、含N芳香环中的sp2杂化碳（N-C=N）以及氰基（-C≡N）。
值得注意的是，与g-CN和CN相比，CNx和CNx/CN中相应的氰基峰被检测到向更高的结合能（286eV）方向移动。这可以归因于碱刻蚀对骨架中C的化学环境造成影响。
在N1s的XPS光谱中分析出401eV、399.8eV和398.3eV处的三个峰，分别属于三嗪环上的载氢氨基（C-N-H）、叔氮N-(C)3基团和三嗪环上的sp2杂化氮（C-N=C）。
可以注意到，与g-CN相比，CNx和CNx/CN所对应的C-N-H和N-(C)3的结合能都移到了较低的结合能位置，这可能是由于-C≡N的形成，这与C1s峰的变化一致。
显示了CNx和CNx/CN的K2p轨道，其结合能属于K2p1/2和K2p3/2峰，位于295.1eV和292.4eV。这表明K+成功地掺入了CNx，并形成了N-K键。
这些表征从分子结构、晶体结构和形貌结构等方面对于所制备的g-CN、CN、CNx和CNx/CN样品进行了全方位的分析。
结果表明，CN的形貌得到了改善，经过碱刻蚀处理后得到的CNx不光分子结构发生改变，而且微观形貌也由原始的团聚的块状结构转变为富含褶皱和空腔的结构。
CNx/CN则呈现出银耳状结构，这表明自组装过程对于其形貌没有产生影响。
光催化剂的光吸收范围和强度对光催化性能至关重要，因此通过紫外-可见光漫反射光谱（DRS）研究样品的光吸收能力。CN、CNx和CNx/CN的吸收边分别为439nm、497nm和481nm，都位于可见光区域。CNx比CN有着更宽的光吸收。
范围以及更高的光吸收强度。与CN和CNx相比，CNx/CN表现出最高的光吸收强度，于此同时CNx/CN的吸收边也与CNx相接近。
这些现象归因于CNx和CN之间的同质结结构，当宽吸收边的CNx与窄吸收边的CN复合时，复合材料的吸收边与CNx的吸收边接近。这意味着CNx/CN的光利用率更高，光催化活性更高效。
为了得到样品具体的带隙能量值（Eg），转换后的Kubelka-Munk函数与光子能量图如图所示。计算得CN、CNx和CNx/CN复合材料的带隙分别为2.92eV、2.68eV和2.82eV，对应于它们的能量吸收边缘。
CNx的禁带宽度与常规的g-C3N4禁带宽度（2.7~2.9eV）相比略有减小，这是因为KOH改变了原有的分子结构，形成了类似于氮缺陷的结构，同时将K离子引入CNx内，形成K离子掺杂，这都对CNx的电子结构造成一定影响。
具有不同禁带宽度的CN和CNx形成的同质结CNx/CN，其禁带宽度介于CN和CNx之间，但当光子能量达到2.68eV时，复合体系即可被激发，使CNx/CN的光响应范围得到扩宽。
光催化剂光生载流子分离和迁移趋势通过检测325nm激发波长下的PL光谱来探究。有一个集中在460nm左右的宽峰，对应于g-C3N4中电子和空穴的带间重组。
可以明确的是，CNx的发光强度最高，这是因为其禁带宽度变窄，使光生电子和空穴的复合更加容易。而CNx/CN的发光强度明显低于CNx和CN的发光强度，表明CNx和CN之间的同质结的形成大大抑制了载流子的重组。
在浓度为0.5M/L的Na2SO4溶液中评估了CN、CNx和CNx/CN的光电流瞬态响应，以评价载流子的转移和分离效率。
CN、CNx和CNx/CN在四个光照通断循环中表现出类似的稳定和平滑的光电流。当光照射玻璃反应器时，曲线显示出阳极光电流尖峰，当无光照射玻璃反应器时，光电流首先陡然下降，最后缓慢下降到0。
CNx因为光吸收范围宽，易激发，但是光生电子和空穴易复合等原因，表现出与CN相似的光电流强度。然而，CNx/CN的光电流瞬时响应明显强于CN和CNx，表明CNx/CN由于增强
了光收集能力和电荷转移效率而拥有更有效的光生载体。
上述表征结果表明，所制备的CNx/CN同质结可以收获更多的光，激发更多的光生电子-空穴对并促进其分离，从而预示着更好的光催化活性。
参考文献
[1] Li X, Kang B, Dong F, et al. Enhanced photocatalytic degradation and H2/H 2O 2 production performance of S-pCN/WO2 .72 S-scheme heterojunction with appropriate surface oxygen vacancies[J]. Nano Energy, 2021, 81, 105671.
[2] Wang S, Yuan J, Yi P, et al. Hydrothermal carbonization technology and its applicationresearch progress in wastewater treatment[J]. Industrial Water Treatment, 2022, 42(3): 1-8.
[3] Zhang Y, Rao Z, Hou H, et al. A New Generation of Wastewater Treatment Technology:Microalgae-Bacterial Granular Sludge Process[J]. Environmental Science and Technology, 2021, 44(6): 201-210.
[4] Lei X, Yang X, Yang C, et al. Biological carbon sludge ultrafiltration combined process for treatment of high organic matter and ammonia nitrogen compound polluted water source[J]. Applied Chemical Industry, 2021, 50(11): 3040-3043.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-