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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 ·903·

3 结论
图 7 为制备催化剂在可见光下光催化制取 H 2 O 2
的性能。
采用酸水热后处理法制备了具有优异光催化合
成 H 2 O 2 性能的硫酸根改性 g-C 3 N 4 纳米棒催化剂。
结果显示，硫酸根改性不仅影响催化剂的形貌，结
构性质和光学性质，也提高催化剂对反应物 O 2 的吸
附能力。吸附的 O 2 可以捕获光电子，使催化剂的电
子-空穴分离效率显著提高。HSO-CN(2)具有最高的
光催化活性，双氧水平衡浓度达到 2.7 mmol/L，是
纯 g-C 3 N 4 的 2.7 倍。过高的浓硫酸加入量反而对催
化剂的催化性能造成不利影响。一方面，g-C 3 N 4 的

图 7 制备催化剂在可见光下制取 H 2 O 2 的性能 表面被过量的硫酸根离子覆盖，影响了其对光的吸
Fig. 7 H 2 O 2 production ability over the as- prepared 收能力。另一方面，过量的浓硫酸会影响催化剂形
catalysts under visible light 貌，使其比表面积降低。该文为 C 3 N 4 基催化剂的改
性提供了一种全新的方法。后续的研究将采用不
由图 7 可以看出，纯 g-C 3 N 4 的 H 2 O 2 平衡浓度
同的酸根离子改性 C 3 N 4 基催化剂，并考察其光催化
很低，只有 0.99 mmol/L。硫酸根改性后，HSO- CN(1)
性质。
和 HSO-CN(2)的光催化性能显著提高，分别达到
2.07 和 2.7 mmol/L，是纯 g-C 3 N 4 的 2 倍和 2.7 倍。 参考文献：
可能由以下几个原因导致：首先，硫酸根改性后， [1] Liu G, Wang L Z, Yang H G, et al. Titania-based photocatalysts—
催化剂的比表面积和导带光电子还原能力都得到提 crystal growth, doping and heterostructuring[J]. Journal of Chemistry
高（图 1d 和图 4d）；其次，硫酸根改性提高了催化 Materials, 2010, 20(5): 831-843.
[2] Zhang D Q, Li G S, Yu J C. Inorganic materials for photocatalytic
剂的电子-空穴分离效率（图 6）；最后，硫酸根改性
water disinfection [J]. Journal of Chemistry Materials, 2010, 20(22):
提高了催化剂对反应物 O 2 分子的吸附能力（图 5），
4529-4536.
使得更多的 O 2 分子能被同时还原生成 H 2 O 2 。然而， [3] Zhang J S, Zhang G G, Chen X F, et al. Co-monomer control of
进一步提高浓硫酸的含量导致 HSO-CN(3)的光催化 carbon nitride semiconductors to optimize hydrogen evolution with
制取 H 2 O 2 能力显著降低，仅为 1.1 mmol/L。这是由 visible light[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2012,
51(13): 3183-3187.
于，一方面，g-C 3 N 4 的表面被过量的硫酸根离子覆
[4] Hu S Z, Li F Y, Fan Z P, et al. Band gap-tunable potassium doped
盖，影响了其对光的吸收能力（图 1b）；另一方面， graphitic carbon nitride with enhanced mineralization ability[J].
过量的浓硫酸会影响催化剂形貌（图 2），使其比表 Transactions Dalton, 2015, 44(3): 1084-1092.
面积降低。 [5] Qu Xiaoyu (曲晓钰), Hu Shaozheng (胡绍争), Li Ping (李萍), et al.
Molten salt-assisted microwave method for synthesizing nickel
图 8 为 HSO-CN(2)的光催化稳定性考察结果。
doped graphitic carbon nitride and its outstanding nitrogen
催化剂经过水洗干燥后用于下一个循环反应。可以
photofixation ability[J]. Chemical Journal of Chinese Universities
看出，催化剂经过 5 个循环周期，其光催化制取 H 2 O 2 (高等学校化学学报), 2017, 38(12): 2280-2288.
的性能几乎保持不变，说明其具有优异的光催化稳 [6] Cao Yuhui (曹宇辉), Tong Yufei (佟宇飞), Zhang Jian (张健), et al.
定性。 Infrared ray assisted microwave method for synthesizing graphitic
carbon nitride and its outstanding nitrogen photofixation ability[J].

Chem J Chinese Universities (高等学校化学学报), 2016, 37(7):
1357-1363.
[7] Ansari M B, Jin H L, Parvin M N, et al. Activation of graphitic
carbon nitride (g-C 3N 4) by alkaline hydrothermal treatment for gas
phase in photocatalytic NO oxidation[J]. Today Catalysis, 2012,
185(1): 211-216.
[8] Zhang Y J, Mori T, Ye J H, et al. Phosphorus-doped carbon nitride
solid: enhanced electrical conductivity and photocurrent
generation[J]. Journal of the American Chemical Society, 2010,
132(18):6294-6295.
[9] Bu Y Y, Chen Z Y, Li W B. Using electrochemical methods to study

图 8 HSO-CN(2)的光催化稳定性考察 the promotion mechanism of the photoelectric conversion performance
Fig. 8 Photocatalytic stability of HSO-CN (2) of Ag-modified mesoporous g-C 3N 4 heterojunction material[J].