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第 5 期 马 琳，等: 硫酸根改性 g-C 3 N 4 制备及其催化性能 ·901·

–1
和 1123 cm 附近的吸收峰归属为硫酸根中 S—O 键
–1
的伸缩振动特征峰。而 1280 cm 处的吸收峰则归属
为硫酸根中 S==O 双键的伸缩振动特征峰 [31] 。此结
果证实了酸水热处理成功地将硫酸根固定在了
g-C 3 N 4 催化剂表面。

图 4 制备催化剂在 C 1s（a），N 1s（b），S 2p（c）轨道
的 XPS 光谱及 VB XPS (d)
Fig. 4 XPS of the as-prepared catalysts in the C 1s (a),
N 1s (b), S 2p (c) regions and VB XPS (d)

图 4a 中 g-C 3 N 4 和 HSO-CN(2)的 C 1s 轨道有 3
个峰，其中结合能为 284.6 eV 的峰归属为环状结构

2
图 3 g-C 3 N 4 及 HSO-CN(2)的 FTIR 光谱 中 sp 杂化的 C 原子（N—C==N），286.1 eV 的峰归
3
Fig. 3 FTIR spectra of g-C 3 N 4 and HSO-CN(2) 属为 sp 杂化的 C 原子〔C—(N) 3 〕，288.6 eV 的峰归
属为石墨型结构中 C—N 键中的 C 原子 [32] 。图 4b
采用 XPS 表征催化剂表面元素的状态，如图 4
中两个催化剂的 N 1s 图谱可归属为 3 个峰，其中
所示。 2
结合能为 398.3 eV 的峰归属为 sp 杂化的 N 原子
（C—N==C），400.0 eV 的峰可能的归属为连接环状
结构的 N 原子〔N—(C) 3 〕或者层状结构边缘的氨基
中的 N 原子〔(C) 2 —N—H〕，400.7 eV 的峰归属为
芳香环中连接 3 个 C 原子的 N 原子 [33] 。两个催化剂
的 C 1s 和 N 1s 轨道谱峰没有显著差异。如图 4c 所
示，HSO-CN(2)在 S 2p 轨道的结合能位于 168.4 eV，
6+
归属为 S 物种。为了排除 S 掺杂的可能性，采用
6+
+
Ar 溅射除去催化剂的表面层后，S 物种的结合能
消失，说明 S 以硫酸根形式存在于催化剂表面，而
非发生了 S 掺杂。g-C 3 N 4 具有弱碱性，与硫酸能发
生类似酸碱反应，使得硫酸根离子牢固地存在于
g-C 3 N 4 催化剂表面。如图 4d 所示，纯 g-C 3N 4 的 E VB
为+1.14 V。与纯 g-C 3 N 4 相比，由于硫酸根的改性作
用，HSO- CN(2)的价带位置发生了明显的位移，为
+0.86 V。结合 UV-Vis 结果，计算得出 g-C 3 N 4 和
HSO-CN(2)的 E CB 分别为1.53 和1.88 V。这说明硫
酸根改性后，催化剂的导带电子拥有更强的还原能
力，将有利于将 O 2 分子还原得到 H 2 O 2 。
O 2 -TPD 能反映出催化剂对反应物 O 2 吸附能
力，结果如图 5 所示。由图 5 可见，纯 g-C 3 N 4 几乎
没有 TPD 信号峰，说明其对 O 2 的吸附能力很弱。
然而，硫酸根改性后的催化剂在 400~500 ℃附近显
示出很强的 TPD 信号峰。此结果说明，硫酸根改性
能显著提高 g-C 3 N 4 催化剂对 O 2 的吸附能力。Liu [34]
等制备了硫酸、磷酸及氢氟酸处理的 C 3 N 4 碳催化
3–
2–
剂，发现相似的现象，即酸根离子（PO 4 、SO 4 和
–
F ）改性能显著提高催化剂对 O 2 的吸附能力。此外，