石墨相C3N4的微纳结构调控及光催化环境净化应用

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董帆,孙艳娟,张育新 著
图书标签:
  • 石墨相氮化碳
  • C3N4
  • 光催化
  • 微纳结构
  • 环境净化
  • 材料科学
  • 化学
  • 催化
  • 纳米材料
  • 能源环境
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出版社: 科学出版社
ISBN:9787030564498
版次:01
商品编码:12339801
包装:平装
开本:32开
出版时间:2018-03-01
页数:260
正文语种:中文

具体描述

内容简介

本书基于石墨相C3N4(g-C3N4)光催化的**研究进展,系统介绍g-C3N4的基本性质、微纳结构调控方法、掺杂改性及作用机制、二元复合光催化剂的设计及性能增强机制和负载技术及空气净化应用。本书突出介绍增强g-C3N4光催化性能的原理及在空气污染治理中的应用,使读者能在阅读本书的基础上,利用相关方法开展科学研究工作。
《石墨相C3N4的微纳结构调控及光催化环境净化应用》 本书聚焦于一类备受瞩目的新型光催化材料——石墨相碳氮化物(g-C3N4)的微纳结构调控及其在环境净化领域的创新应用。随着全球环境问题的日益严峻,开发高效、绿色、可持续的环境净化技术已成为当务之急。g-C3N4以其独特的层状结构、优异的光吸收性能、良好的化学稳定性和丰富的电子结构,在光催化降解污染物、析氢制氢、二氧化碳还原等领域展现出巨大的潜力。然而,其固有的体相缺陷、较差的载流子分离效率和有限的比表面积,在一定程度上限制了其光催化性能的进一步提升。 本书系统性地阐述了如何通过精细调控g-C3N4的微纳结构,以克服这些挑战,从而显著增强其光催化活性和应用性能。 第一部分:石墨相C3N4的微纳结构调控策略 本部分深入探讨了多种行之有效的微纳结构调控方法,旨在从尺寸、形貌、缺陷和组分等多个维度优化g-C3N4的结构特性。 尺寸调控: 详细介绍了制备不同尺寸g-C3N4(如量子点、纳米片、纳米纤维、微米球等)的合成途径,例如热聚合法、水热/溶剂热法、模板法、喷雾干燥法等。着重分析了尺寸效应如何影响g-C3N4的比表面积、表面缺陷密度、电子-空穴对的产生与分离效率,以及光生载流子在材料表面的扩散长度。 形貌工程: 深入研究了通过改变前驱体、反应条件或引入形貌导向剂,来获得具有特定形貌(如多孔结构、核壳结构、异质结结构、枝晶结构等)的g-C3N4。讨论了不同形貌如何优化光吸收、提高污染物吸附能力、增强电子传输通道,以及调控反应活性位点的分布。 缺陷工程: 阐述了如何通过调控合成工艺(如高温处理、元素掺杂、空位引入等)来引入和优化g-C3N4中的缺陷,例如氮空位、碳空位、氧掺杂等。分析了这些缺陷如何调控g-C3N4的电子结构,例如引入新的能级、改变带隙宽度、提高载流子寿命,从而增强光催化活性。 复合与异质结构建: 重点介绍了将g-C3N4与其他半导体材料(如TiO2、ZnO、CdS等)、贵金属(如Au、Pt、Pd等)、碳材料(如石墨烯、碳纳米管等)或金属氧化物/硫化物构建复合材料和异质结。深入分析了这些策略如何利用材料间的能带匹配效应,形成Z型、S型或I型异质结,有效促进光生电荷的分离与传输,抑制电子-空穴复合,从而大幅提升光催化效率。 第二部分:光催化环境净化应用 本部分将理论研究与实际应用相结合,详细展示了经过微纳结构调控的g-C3N4在多种环境净化场景下的优异表现。 有机污染物降解: 染料废水净化: 详述了g-C3N4及其复合材料在光催化降解有机染料(如罗丹明B、甲基蓝、孔雀石绿等)方面的研究进展。重点讨论了不同微纳结构对降解效率、反应动力学、机理以及抗腐蚀性等方面的影响。 持久性有机污染物(POPs)降解: 介绍了g-C3N4在降解酚类化合物、抗生素、农药残留等难降解有机污染物方面的应用潜力。分析了微纳结构调控如何影响材料对POPs的吸附能力、催化活性位点的利用率以及自由基的生成与迁移。 挥发性有机化合物(VOCs)去除: 探讨了g-C3N4在光催化氧化去除室内外空气污染物(如甲醛、苯、TVOCs等)方面的研究。分析了多孔结构和高比表面积对VOCs吸附和传质的优势。 无机污染物转化与去除: 硝酸盐/亚硝酸盐还原: 阐述了g-C3N4在光催化还原水中硝酸盐和亚硝酸盐为氮气或氨气的应用,为解决地下水硝酸盐污染提供了新的思路。 重金属离子的去除与转化: 探讨了g-C3N4在光催化吸附或氧化还原去除水中重金属离子(如Cr(VI)、As(V)等)方面的研究,以及其对重金属形态转化的影响。 水体消毒与净化: 介绍了g-C3N4作为一种无毒、高效的光催化消毒剂,在杀灭水体中的细菌、病毒等病原微生物方面的应用。分析了其产生活性氧物种(ROS)的机制以及消毒效率。 第三部分:光催化机理与性能评价 本部分深入分析了g-C3N4光催化反应的机理,并介绍了相关的性能评价方法。 光催化反应机理: 详细阐述了g-C3N4吸收光能产生电子-空穴对,以及这些载流子如何与表面吸附的分子发生氧化还原反应的复杂过程。深入分析了活性物种(如•OH、•O2-、h+、e-)的产生、迁移与作用。 性能评价方法: 介绍了用于评价g-C3N4光催化性能的常用表征技术,包括紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光光谱(PL)、循环伏安法(CV)、光电流响应等。同时,介绍了标准污染物降解实验的常用操作规程和评价指标。 第四部分:挑战与展望 本书最后对g-C3N4光催化环境净化领域面临的挑战进行了总结,并对未来的发展方向进行了展望。 当前挑战: 指出了g-C3N4在光催化效率、稳定性、成本控制、实际应用放大等方面的不足。 未来展望: 提出了通过多维度协同调控、开发新型复合材料、优化反应器设计、探索新的光催化应用场景以及理论计算辅助设计等方向,以期推动g-C3N4在环境净化领域实现更大规模和更高效率的应用。 本书内容翔实,图文并茂,集科学性、前沿性和实践性于一体,旨在为从事材料科学、环境工程、化学工程等领域的研究人员、工程师及相关专业的学生提供一份有价值的参考。

用户评价

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《石墨相C3N4的微纳结构调控及光催化环境净化应用》这个书名,在众多科技书籍中显得格外耀眼,它精准地捕捉了我对前沿材料科学与实际环境问题的关注点。首先,“石墨相C3N4”这个材料的出现,立即勾起了我的好奇心。它是一种基于氮化碳的新型二维材料,其独特的结构和性能在光催化领域备受瞩目。我猜想,它在可见光吸收、电子传输以及表面反应活性等方面,可能表现出优于传统材料的特性,为解决能源和环境问题提供了新的可能。而“微纳结构调控”这个关键环节,则意味着这项研究具有极高的技术深度和创新性。它不仅仅是简单地合成 C3N4,而是通过精密的手段,在微观和纳米尺度上对材料进行“塑形”。我设想,作者一定运用了先进的合成方法,如溶剂热法、水热法、模板法、原子层沉积等,来精确控制材料的尺寸、形貌、孔隙结构、晶面取向,甚至引入特定的缺陷或与其他材料复合。这些精细的结构调控,如同为光催化反应量身定制了最佳的“舞台”,能够极大地提升材料的光能利用效率、载流子分离效率以及催化活性位点的数量和质量。最后,“光催化环境净化应用”则将这项研究的意义推向了造福人类的宏大目标。我非常期待书中能详细阐述 C3N4 材料在实际环境净化中的具体应用案例。例如,它是否能有效降解水体中的有毒有害有机污染物,如持久性有机污染物(POPs)、抗生素、药物残留等?它能否用于空气净化,分解汽车尾气、工业废气中的 NOx、SO2、VOCs 等有害气体?甚至,是否能在太阳能驱动下,实现 CO2 的资源化利用,例如转化为清洁燃料或高附加值化学品?这个书名本身就蕴含着科学的严谨、技术的创新和社会的责任,让我对其内容充满了浓厚的兴趣。

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这部《石墨相C3N4的微纳结构调控及光催化环境净化应用》的书名,光是听着就让人联想到前沿的科学研究和解决实际问题的力量。作为一名对环保科技充满好奇的读者,我会被这个名字深深吸引,迫不及待地想知道作者是如何将“石墨相C3N4”这种材料,通过“微纳结构调控”,最终应用于“光催化环境净化”这一重大课题的。我脑海中浮现出的画面是,在实验室里,科学家们精巧地设计和操纵着材料的微观世界,就像雕塑家对待一件珍贵的艺术品一样,赋予它新的生命和非凡的能力。这种对材料本质的深入探究,以及将之转化为改善我们生活环境的解决方案,无疑是科学的魅力所在。我特别期待书中能够详细阐述“石墨相C3N4”的独特结构特点,为何它如此适合作为光催化剂,以及“微纳结构调控”具体是如何进行的。是采用了哪种先进的合成方法?是通过改变晶面暴露、引入缺陷,还是构建多级孔道结构?这些精细的调控手段,我想必是实现其高效光催化性能的关键。而“光催化环境净化”的应用,则是一个更加宽泛但至关重要的领域。它是否涵盖了水体污染的治理?比如降解有机染料、去除重金属离子?还是涉及到空气污染的净化?比如分解室内甲醛、汽车尾气?抑或是更具挑战性的 CO2 还原制备清洁能源?书中对这些具体应用场景的描绘,将直接触动我作为普通公众对环境保护的关切,让我看到科学研究的实际价值和深远影响。总而言之,这部书名本身就充满了科学的严谨性、技术的创新性和社会的应用价值,让我对它充满了无限的期待和想象。

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《石墨相C3N4的微纳结构调控及光催化环境净化应用》这个书名,如同一道为我量身定制的科学大餐,每一道菜都充满了引人入胜的元素。作为一名非专业读者,但对环保科技领域抱有浓厚兴趣的我,首先被“石墨相C3N4”这个新颖的材料名称所吸引。它暗示着一种可能超越传统材料的性能,蕴含着未被充分发掘的潜力。我脑海中立即勾勒出它可能拥有的优异光电特性,以及它在应对能源和环境挑战方面的广阔前景。接着,“微纳结构调控”这个词组,仿佛是为这种材料注入灵魂的魔法咒语。它让我联想到科学家们在原子和分子层面进行精密的“雕刻”,通过控制材料的尺寸、形貌、晶面取向,甚至是引入特定的缺陷,来赋予其非凡的性能。我猜想,书中一定详细介绍了各种先进的制备技术和表征手段,通过这些技术,材料的微观世界得以被精准地塑造,从而实现性能的飞跃。这种对细节的极致追求,正是科学研究的精髓所在。而“光催化环境净化应用”则将这一切的努力落到了实处,指向了解决我们生活中最迫切的问题。我迫不及待地想知道,这些经过精心调控的 C3N4 材料,究竟能在哪些方面为环境净化做出贡献。是能够高效降解工业废水中的有毒有机物?还是能够净化被汽车尾气污染的城市空气?抑或是能够利用太阳能,将二氧化碳转化为清洁的燃料,为可持续发展注入新的活力?这本书名的每一个词都充满了能量,预示着一次激动人心的科学探索之旅,让我对书中即将展开的精彩内容充满了无限的期待。

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当我看到《石墨相C3N4的微纳结构调控及光催化环境净化应用》这个书名时,一种强烈的求知欲被瞬间点燃。它不仅仅是一个书名,更像是一个科学探索的宣言,预示着一场关于新材料、新技术与环境保护深度融合的精彩旅程。首先,“石墨相C3N4”作为一个核心研究对象,其独特的化学组成和结构预示着它在光催化领域的非凡潜力。我脑海中浮现出这种材料可能拥有的二维层状结构,以及其中丰富的氮原子如何影响其电子能带结构,从而使其能够有效地吸收光能并产生高效的光生载流子。然而,材料本身的性能只是基础,更关键的是如何将其潜力最大化,这正是“微纳结构调控”的精妙之处。我期待书中能详细阐述作者是如何通过各种先进的合成与形貌控制技术,例如晶面工程、缺陷调控、纳米尺寸效应、多级孔结构构建等,来优化 C3N4 材料的光吸收、电荷分离和表面催化活性。这种精细的结构设计,如同为材料量身定制了一套“超级装备”,使其能够在光催化反应中发挥出最佳表现。而“光催化环境净化应用”则将这项研究的价值升华到了一个全新的高度。它意味着科学家们不仅仅是在探索材料本身的奥秘,更是在积极地寻找解决现实世界环境问题的方案。我非常想了解,这些调控后的 C3N4 材料,究竟能在哪些具体的环境净化领域得到应用。是用于高效降解工业废水中的顽固污染物,如染料、酚类、农药等?还是用于净化被汽车尾气、工业废气污染的空气,分解 NOx、SO2、VOCs 等有害物质?甚至,是否能够利用太阳能,将 CO2 转化为有用的化学品,例如合成甲醇或甲烷,为能源危机提供可持续的解决方案?这个书名所包含的每一个概念,都紧密联系着科学的前沿和人类的福祉,让我对书中即将呈现的知识充满了期待。

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读到《石墨相C3N4的微纳结构调控及光催化环境净化应用》这个书名,我的脑海中立刻涌现出一幅关于未来环保科技的宏大蓝图。这不仅仅是一本关于材料科学的书,更像是一份关于如何利用尖端技术解决现实世界难题的行动指南。首先,“石墨相C3N4”作为一个新颖的光催化材料,其本身就蕴含着巨大的科学价值。我很好奇,它与传统的 TiO2 等光催化剂相比,究竟有哪些独特的优势?是更高的光吸收效率?更优异的电荷分离性能?还是更强的化学稳定性?书中应该会深入剖析这些关键点。而“微纳结构调控”则将这种材料的潜力发挥到了极致。我设想,作者一定运用了非常巧妙的策略,比如通过模板法、水热法、溶剂热法等多种合成手段,精确地控制 C3N4 材料的尺寸在微米和纳米尺度,甚至构建出具有特定形貌(如纳米片、纳米管、纳米球、多级孔结构等)和表面性质的材料。这些结构上的改变,对于提升材料的光催化活性至关重要,能够极大地增加其比表面积,优化光生电子-空穴对的分离,并提供更多的活性位点。最后,“光催化环境净化应用”这一部分,直接指向了该研究的实际意义。我相信书中会详细阐述 C3N4 材料在处理各种环境污染物方面的具体表现。例如,在水处理领域,它是否能够高效降解农药、染料、抗生素等有机污染物?在空气净化领域,它是否能有效地去除 NOx、SO2、VOCs 等有害气体?甚至,它是否能够利用太阳能将 CO2 转化为清洁燃料,为应对气候变化贡献力量?这本书的题目就如同一个引人入胜的邀请,邀请读者一同探索材料科学与环境保护的交汇点,感受科技进步为我们带来的美好未来。

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仅仅是《石墨相C3N4的微纳结构调控及光催化环境净化应用》这个书名,就足以让我产生强烈的阅读冲动。它精准地概括了一项具有深远意义的科学研究,将新材料的研发与解决现实环境挑战紧密结合。首先,“石墨相C3N4”作为一个新颖的光催化材料,其名字本身就透露出一种前沿和潜力。“石墨相”的描述暗示了其二维层状结构,这通常与优异的光电性能息息相关。我很好奇,这种材料的具体结构如何影响其光吸收特性、电子-空穴对的分离和复合过程,以及其作为催化剂的表面反应活性。接着,“微纳结构调控”这个关键词,让我意识到了研究的深度和技术含量。它表明作者并非满足于材料的宏观性能,而是深入到微观尺度,通过精密的手段来塑造材料的结构。我猜想,书中会详细介绍各种先进的合成技术,如模板法、水热/溶剂热法、刻蚀法、纳米组装技术等,以及各种表征手段,如透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等,来理解和控制材料的尺寸、形貌、孔隙率、晶面暴露等关键因素。这些微纳结构的优化,将是实现 C3N4 材料高性能的关键。最后,“光催化环境净化应用”是这项研究最直接、最吸引人的部分。它让我看到了科学研究的价值所在——能够切实地改善我们的生活环境。我迫不及待地想知道,这些经过精心调控的 C3N4 材料,在实际环境中究竟能发挥怎样的作用。是能高效降解水体中的有机染料、农药残留、药物分子?还是能分解空气中的有害气体,如 NOx、SO2、VOCs?甚至,是否能够利用太阳能,实现 CO2 的减排和资源化利用,例如制备清洁燃料?这个书名本身就充满了科学的严谨性、技术的创新性和社会的应用价值,预示着一次令人兴奋的知识探索。

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初次接触到《石墨相C3N4的微纳结构调控及光催化环境净化应用》这个书名,我首先感受到的是一种严谨且充满探索精神的学术气息。它直接点明了研究的核心对象——“石墨相C3N4”,这是一种新兴的功能材料,其独特的二维层状结构和丰富的氮原子赋予了它在光催化领域巨大的潜力。然而,仅仅知道材料本身是不足以实现高效应用的,书名中的“微纳结构调控”正是点睛之笔,它暗示了作者在材料设计和制备方面付出了巨大的努力,通过精细地控制材料的尺寸、形貌、孔隙率以及晶面暴露等微观结构特征,来优化其光吸收能力、载流子分离效率和表面反应活性。这就像是在为材料量身定制最佳的“工作环境”,以最大限度地激发其潜能。更令人振奋的是,“光催化环境净化应用”这一部分,将理论研究与实际需求紧密结合。环境污染是当前人类社会面临的严峻挑战之一,而光催化技术作为一种绿色、可持续的污染物降解和能源转化技术,正受到越来越多的关注。书中能够详细探讨石墨相C3N4在这一领域的具体应用,例如在废水处理中降解难降解有机污染物、去除重金属离子,或者在空气净化中分解有害气体,甚至是利用太阳能进行 CO2 还原制备有价值化学品,都将极大地拓宽我的认知边界,让我深刻理解科研成果如何能够切实地服务于社会,改善我们赖以生存的环境。我对书中能够呈现的具体实验数据、表征手段以及机理分析充满好奇,期待能从中学习到先进的科研思路和方法。

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《石墨相C3N4的微纳结构调控及光催化环境净化应用》这个书名,如同一道引人入胜的科学谜题,激发了我想要深入探究的欲望。首先,“石墨相C3N4”这个核心材料的名称,本身就充满了神秘感和科学前沿的色彩。我了解石墨烯的卓越性能,而“石墨相C3N4”的出现,让我对其独特的二维层状结构及其可能带来的优异光催化性能充满了好奇。它是否在光吸收能力、载流子分离效率、表面活性等方面,比传统的 g-C3N4 具有更显著的优势?我期待书中能够深入剖析其独特的电子结构和能带特性,以及这些特性如何赋予其强大的光催化能力。其次,“微纳结构调控”这个概念,是这项研究的灵魂所在。它意味着作者并非止步于材料本身的性质,而是通过精密的工程手段,对材料的微观和纳米尺度进行“塑形”。我设想,书中一定详尽地介绍了各种先进的合成方法,例如通过控制晶化过程、引入模板、进行表面修饰、构建异质结等,来精确调控 C3N4 材料的尺寸、形貌、比表面积、孔隙率以及晶面暴露。这些精细的结构设计,直接影响着材料与光、与污染物的相互作用,从而决定了其光催化效率。最后,“光催化环境净化应用”是这项研究的最终落脚点,也是最令人期待的部分。它将抽象的材料科学研究,与我们赖以生存的环境保护紧密联系起来。我非常想了解,这些经过精心“调控”的 C3N4 材料,究竟能在哪些方面为环境净化做出贡献。是能够高效降解工业废水中的复杂有机污染物?是否能够净化被雾霾笼罩的空气,分解其中的有害物质?抑或是能够利用看似“废弃”的太阳能,将 CO2 转化为有用的能源,为可持续发展开辟新途径?这个书名所蕴含的每一个词语,都充满了科学的严谨、技术的创新和对未来美好的展望,让我迫不及待地想深入阅读。

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