Page 78 - 《精细化工》2023年第9期
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·1926·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

            空穴复合率高、载流子传输效率低等缺陷。特别是，                            Cary Eclipse 荧光分光光度计，美国 Agilent 公司；
            采用热聚合法合成的 g-C 3 N 4 由于比表面积小、分散                     KQ-50DE 型超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公
            性差，严重限制了其表面活性位点的暴露及在液相                             司；HSX-F300 氙灯光源（300W，滤光片 λ > 420 nm），
            催化反应体系中的应用           [4-5] 。                       北京纽比特科技有限公司；Autosorb-iQ2-MP 全自动
                 为克服上述不足，改进 g-C 3 N 4 的制备技术是提                  比表面和孔径分布分析仪，美国康塔仪器公司；
                                     [6]
            高其光催化性能的有效策略 。目前，为了获得具有                            Zetasizer Nano ZSE 纳米粒度电位仪，英国 Malvern 公
            高效催化性能的薄层 g-C 3N 4 纳米片，各种制备策略                      司；VarioⅢ元素分析仪（EA），德国 Elementar 公司。
                                                   [7]
            相继被提出。例如：次氯酸氧化剥离制备法 、高温                            1.2   制备方法
                           [8]
            氟化辅助剥离法 、以甲基吡啶酮为溶剂的探针超声                            1.2.1   原始 g-C 3 N 4 的制备
                  [9]
            剥离法 、H 2SO 4 热回流氧化法         [10] 、氢氩混合氛围下              称取 10 g 三聚氰胺于坩埚中，于马弗炉中以
            超声剥离与高温煅烧两步合成法               [11] 、H 2O 2 氧化法以     2.5 ℃/min 的升温速率加热，温度达到 550  ℃时保
            及三聚氰胺泡沫与尿素无模板热缩聚法等                  [12-13] 。这些    温 4 h，冷却至室温后，获得淡黄色粉末，即为原始
            方法为热剥离或液相剥离制备形貌可控的 g-C 3N 4 纳                      g-C 3 N 4 ，产率为 58%。
                                                               1.2.2   超薄氧掺杂 g-C 3 N 4 纳米片的制备
            米片提供了有效的策略，但制备的 g-C 3N 4 纳米片厚度
                                                                   向 玻璃锥形瓶 中依次加入 10 mL  H 3 PO 4 、
            在 2 nm 以上。通过简便方法制备厚度尺寸更小的超
                                                               120 mL  H 2 SO 4 、1 g 原始 g-C 3 N 4 粉末，混匀后，在
            薄 g-C 3N 4 纳米片仍然是一个挑战。作为由三均三嗪
            为主体结构单元组成的一种聚合物                [14-15] ，g-C 3N 4 具有  搅拌下以 1 g/min 的速率加入 3 g KMnO 4 以保持氧
            与二维石墨烯类似的片层结构              [16] 。因此，借鉴氧化           化过程在较为温和的条件下进行，混合液于室温下
                                                               分别超声（功率 100 W）3、6、9、12 h 后，将各时
            剥离制备薄层氧化石墨烯的技术方法并加以物理辅
                                                               间收集的反应混合液缓慢倒入 130 g 含 1 mL 过氧化
            助剥离是获得超薄 g-C 3 N 4 纳米片的一种新的尝试。
                                                               氢的冰块上，待冰块完全融化后离心（6000 r/min），
                 为实现厚度≈1 nm 的超薄 g-C 3 N 4 纳米片的制
                                                               收集沉淀物用超纯水洗涤至中性，于超纯水中用再
            备，本文提出一种基于超声辅助氧化剥离制备超薄
                                                               生纤维素透析袋（截留相对分子质量 5 kDa）充分
            氧掺杂 g-C 3 N 4 纳米片策略，分析超声辅助氧化剥离
                                                               透析，离心获得超薄氧掺杂 g-C 3 N 4 纳米片，80  ℃
            对 g-C 3 N 4 形貌、结构、催化性能的影响，通过光催
                                                               干燥 12 h 备用，产率为 15%。
            化降解有机染料刚果红考察所制备超薄氧掺杂
                                                               1.3   结构表征
            g-C 3 N 4 纳米片的催化活性及应用性能，以期为规模
                                                                   HRTEM 测试：工作电压为 200 kV。XRD 测试：
            化精细制备具有优异光催化性能的超薄 g-C 3 N 4 纳米
                                                               Cu-K α 射线（40 kV，25 mA），扫描范围 5°~80°，扫
            片提供一种技术路径。
                                                               描速率 5 (°)/min。平均水合粒径测试：样品分散于
            1   实验部分                                           超纯水中制备成质量浓度为 0.2 g/L 的分散液，通过纳
                                                               米粒度电位仪（He-Ne 气体激光器波长 633 nm）获得
            1.1   试剂与仪器                                        样品的平均水合粒径。FTIR 测试：溴化钾压片法，扫
                                                                                –1
                 三聚氰胺、刚果红，AR，北京百灵威科技有限                         描范围 4000~400 cm 。XPS 测试：Mg-K α 激发源（hv=
            公司；磷酸、高锰酸钾、浓硫酸（质量分数 98%）、                          1253.6 eV），阳极电压 9 kV，电流 18.5 mA，分析室
                                                                                                 –7
                                                                                                        –8
            过氧化氢（质量分数 30%）、叔丁醇（TBA）、对苯                         能量固定为 100 eV，真空度维持在 1×10 ~1×10  Pa，
            醌（BQ）、乙二胺四乙酸二钠（EDTA），AR，天津                         以污染碳（284.8 eV）为基准矫正电位移。AFM 测试：
            市科密欧化学试剂有限公司；二氯二氢荧光素二乙                             扫描速率设定为 1 Hz，扫描范围 5  μm；BET 测试：
            酸酯（DCFH-DA），AR，上海生工生物工程股份有                         77 K 下 N 2 吸附。EA 测定 C、N、O、H 元素的质量
            限公司；所用其他试剂均为市售分析纯。                                 分数（O 元素采用 TCD 检测模式），并采用归一法
                 JEM 1200EX 透射电子显微镜（HRTEM），日本                  计算 4 种元素的质量分数。
            电子株式会社；D8 Advance X 射线衍射仪（XRD）、                    1.4   性能测试
            Multi Mode  8 原子力显微镜（AFM），德国 Bruker                    UV-Vis-DRS 测试：以 BaSO 4 为标准参比，波长
            公司；Varian 660 傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），                    范围 300~700 nm。电化学阻抗谱（EIS）和瞬态光电
            美国 Varian 公司；ESCALAB MKⅡX 射线光电子能                   流测试（TPC）：采用电化学工作站，以 Pt 丝电极和
            谱仪（XPS），美国 Thermo Scientific 公司；JASCO              Ag/AgCl（饱和 KCl）电极作为对电极和参比电极，
            V-660 紫外-可见分光光度计，日本分光株式会社；                         样品沉积于 ITO 玻璃作为工作电极， 0.5 mol/L
                                                                                                    2
            CHI660E 电化学工作站，上海辰华仪器有限公司；                         Na 2 SO 4 水溶液作为电解液，在 100 mW/cm 、+0.5 V
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