4.1.4. Methods to improve g-C3N4 ph

4.1.4. Methods to improve g-C3N4 photocatalytic efficiency

Although the good performance endows g-C3N4 a bright future in the application of catalyst as introduced above, low photocatalytic efficiency limits its practical application. To date, tremendous efforts have been made to improve the efficiency by modifying its band gap, morphology and separation of photogenerated electrons and holes, which including doping with metal ions or non-metal ions, designing optimizing heterojunctions and morphological modification.

4.1.4.1. Enhance photocatalytic properties of g-C3N4 via doping

Impurities doping is an efficient way to tune the electronic structure of solid materials such as TiO2, silicon and carbon. [76], [77], [78], [79] and [80]. Conventionally, it is also adopted in the carbon nitride materials by introducing metal or non-metal ions impurities. The participation of metallic impurities imposes additional binding functions which lowers the band gap to enhance the absorption of visible light, endowing the doped system with unique catalytic and photocatalytic properties [5] and [81]. To introduce metal ions into the carbon nitrides, the corresponding soluble salt mixed with the precursor of carbon nitride is usually used to dissolve in the deionized water under stirring to make sure the overall uniform. Metal ions will be successfully doped into the carbon nitride structure during the thermal condensation process of precursor.

Despite the doping concentration, the localization of the peaks is fixed in the XRD patterns (Fig. 12), indicated that the incorporation of metal ions does not damage the primary structure of g-C3N4. Fe ions tend to stabilize in g-C3N4 with the form of Fesingle bondN bonds. To further investigate the effect of metal impurities on the electronic structure of g-C3N4, optical absorption spectra are shown in Fig. 13. The expanded absorption peaks in the wavelength of visible light are also observed in the Zn-doped samples, which is due to the d–p repulsion of Zn 3d and N 2p orbitals (as shown in the inset of Fig. 13) [81] and [82]. To summarize the effect of transition metals on photocatalytic properties of g-C3N4, Ding et al. studied the evolution of electronic structure of g-C3N4 doped with different transition metals (Fig. 14.). The result indicated that different dopants have different functions. Fe and Cu are potential to enhance the catalysts efficiency for hydroxylation of benzene to phenol with H2O2, while Co and Fe are active for the epoxidation of styrene with O2[70]. Recently, catalytic performance on hydroxylation of benzene by g-C3N4 doped with different transition metals was deeply investigated. It is observed that Vanadium-doped g-C3N4 catalyst is the most effective catalyst in the reaction [58]. Instead of the transition ions impurities, noble metallic ions could also act as the catalytic active site [83]. Yan et al. recently reported that g-C3N4 doped with noble metallic impurities, like Ag ions, can improve the photocatalytic activity for the methyl orange photodegradation [13]. Normally, this is mainly due to the ability of electron capture of noble metallic ions, around which the photogenerated electrons aggregate, giving rise to a higher separation of photogenerated electrons and holes. Besides the methyl orange photodegradation, various reactions can achieve utilizing the noble metal ions doped g-C3N4 as photocatalyst. The efficiency for NO decomposition is reported increased catalyzed by g-C3N4 with noble metallic or Zn ions doping compared to that of the undoped counterparts [84]. Similarly, doping with Pd is also reported increasing the activity for the direct hydrogenation of phenol to cyclohexanone [85]. The hydrogenation of phenol was proposed to be a step-by-step reaction with cyclohexanone as the “intermediate” (Fig. 15a). Because phenol can form strong Osingle bondH…N or Osingle bondH…π interactions [86], g-C3N4 can effectively adsorb phenol for its NH and NH2 groups on the surface, therefore, hydrogenation reaction can be accelerated as the electronic transfer from g-C3N4 enriched the Pd electron density ( Fig. 15b) [85].

Kết quả (Việt) 1:

4.1.4. phương pháp để cải thiện hiệu quả photocatalytic g-C3N4Mặc dù việc thực hiện tốt endows g-C3N4 một tương lai tươi sáng trong ứng dụng của chất xúc tác như giới thiệu ở trên, hiệu quả thấp photocatalytic giới hạn ứng dụng thực tế của nó. Đến nay, những nỗ lực to lớn đã được thực hiện để cải thiện hiệu quả bằng cách sửa đổi các ban nhạc khoảng cách, hình Thái và tách photogenerated điện tử và lỗ, mà bao gồm cả doping với các ion kim loại hay các ion kim loại phòng không, thiết kế tối ưu hóa heterojunctions và hình thái học sửa đổi.4.1.4.1. tăng cường photocatalytic thuộc tính của g-C3N4 qua dopingTạp chất doping là một cách hiệu quả để điều chỉnh cấu trúc điện tử của các vật liệu rắn như TiO2, silic và cacbon. [76], [77], [78] [79] và [80]. Thông thường, này cũng được chọn trong các tài liệu nitrua cacbon bằng cách giới thiệu kim loại hoặc các ion không kim loại tạp chất. Sự tham gia của kim loại tạp chất áp đặt ràng buộc thêm chức năng mà làm giảm khoảng cách ban nhạc để tăng cường sự hấp thu ánh sáng khả kiến, endowing hệ sườn với tính chất xúc tác và photocatalytic độc đáo [5] và [81]. Để giới thiệu các ion kim loại vào nitrit carbon, muối hòa tan tương ứng trộn với tiền thân của cacbon nitrua thường được sử dụng để hòa tan trong nước deionized dưới khuấy để đảm bảo rằng trang phục tổng thể. Các ion kim loại sẽ được thành công doped vào cấu trúc nitrua cacbon trong quá trình nhiệt ngưng tụ tiền thân.Despite the doping concentration, the localization of the peaks is fixed in the XRD patterns (Fig. 12), indicated that the incorporation of metal ions does not damage the primary structure of g-C3N4. Fe ions tend to stabilize in g-C3N4 with the form of Fesingle bondN bonds. To further investigate the effect of metal impurities on the electronic structure of g-C3N4, optical absorption spectra are shown in Fig. 13. The expanded absorption peaks in the wavelength of visible light are also observed in the Zn-doped samples, which is due to the d–p repulsion of Zn 3d and N 2p orbitals (as shown in the inset of Fig. 13) [81] and [82]. To summarize the effect of transition metals on photocatalytic properties of g-C3N4, Ding et al. studied the evolution of electronic structure of g-C3N4 doped with different transition metals (Fig. 14.). The result indicated that different dopants have different functions. Fe and Cu are potential to enhance the catalysts efficiency for hydroxylation of benzene to phenol with H2O2, while Co and Fe are active for the epoxidation of styrene with O2[70]. Recently, catalytic performance on hydroxylation of benzene by g-C3N4 doped with different transition metals was deeply investigated. It is observed that Vanadium-doped g-C3N4 catalyst is the most effective catalyst in the reaction [58]. Instead of the transition ions impurities, noble metallic ions could also act as the catalytic active site [83]. Yan et al. recently reported that g-C3N4 doped with noble metallic impurities, like Ag ions, can improve the photocatalytic activity for the methyl orange photodegradation [13]. Normally, this is mainly due to the ability of electron capture of noble metallic ions, around which the photogenerated electrons aggregate, giving rise to a higher separation of photogenerated electrons and holes. Besides the methyl orange photodegradation, various reactions can achieve utilizing the noble metal ions doped g-C3N4 as photocatalyst. The efficiency for NO decomposition is reported increased catalyzed by g-C3N4 with noble metallic or Zn ions doping compared to that of the undoped counterparts [84]. Similarly, doping with Pd is also reported increasing the activity for the direct hydrogenation of phenol to cyclohexanone [85]. The hydrogenation of phenol was proposed to be a step-by-step reaction with cyclohexanone as the “intermediate” (Fig. 15a). Because phenol can form strong Osingle bondH…N or Osingle bondH…π interactions [86], g-C3N4 can effectively adsorb phenol for its NH and NH2 groups on the surface, therefore, hydrogenation reaction can be accelerated as the electronic transfer from g-C3N4 enriched the Pd electron density ( Fig. 15b) [85].

Kết quả (Việt) 2:

4.1.4. Các phương pháp để cải thiện g-C3N4 hiệu quả quang Mặc dù hiệu suất tốt endows g-C3N4 một tương lai tươi sáng trong các ứng dụng của chất xúc tác như đã giới thiệu ở trên, hiệu quả quang thấp giới hạn ứng dụng thực tế của nó. Cho đến nay, những nỗ lực to lớn đã được thực hiện để nâng cao hiệu quả bằng cách thay đổi khoảng cách ban nhạc của mình, hình thái và phân tách các electron và lỗ photogenerated, trong đó bao gồm cả doping với các ion kim loại hoặc ion phi kim loại, thiết kế tối ưu hóa và sửa đổi heterojunctions hình thái. 4.1.4.1. Tăng cường các tính quang xúc tác của g-C3N4 qua doping tạp chất doping là một cách hiệu quả để điều chỉnh cấu trúc điện tử của các vật liệu rắn như TiO2, silic và carbon. [76], [77], [78], [79] và [80]. Thông thường, nó cũng được thông qua trong các vật liệu carbon nitride bằng cách giới thiệu các ion kim loại hoặc phi kim loại tạp chất. Sự tham gia của các tạp chất kim loại áp đặt ràng buộc chức năng bổ sung mà làm giảm khoảng cách ban nhạc để tăng cường sự hấp thụ của ánh sáng nhìn thấy, endowing hệ thống pha tạp với tính chất độc đáo và xúc tác quang hoá [5] và [81]. Để giới thiệu các ion kim loại vào nitrit carbon, các muối hòa tan tương ứng pha trộn với các tiền chất của carbon nitride thường được sử dụng để hòa tan vào nước khử ion dưới khuấy đều để đảm bảo sự thống nhất chung. Các ion kim loại sẽ được pha tạp thành công vào cấu trúc carbon nitride trong quá trình ngưng tụ nhiệt của tiền chất. Mặc dù nồng độ doping, nội địa hóa của các đỉnh được cố định trong các mẫu XRD (hình. 12), chỉ ra rằng sự kết hợp của các ion kim loại không làm hỏng cấu trúc chính của g-C3N4. Ion Fe có xu hướng ổn định trong g-C3N4 với các hình thức trái phiếu Fesingle bondN. Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của các tạp chất kim loại trên các cấu trúc điện tử của g-C3N4, quang phổ hấp thụ quang học được hiển thị trong hình. 13. Các đỉnh hấp thụ mở rộng ở các bước sóng của ánh sáng nhìn thấy cũng được quan sát thấy trong các mẫu Zn-pha tạp, mà là do các d-p lực đẩy của Zn 3d và N 2p quỹ đạo (như thể hiện trong hình nhỏ của hình 13). [ 81] và [82]. Để tóm tắt tác dụng của kim loại chuyển tiếp vào các thuộc tính quang xúc tác của g-C3N4, Ding et al. nghiên cứu sự tiến hóa của cấu trúc điện tử của g-C3N4 pha tạp với các kim loại chuyển tiếp khác nhau (Hình. 14.). Kết quả chỉ ra rằng dopants khác nhau có những chức năng khác nhau. Fe và Cu là tiềm năng để nâng cao hiệu quả chất xúc tác cho sự hydroxyl của benzen phenol với H2O2, trong khi Co và Fe đang hoạt động cho epoxidation của styrene với O2 [70]. Gần đây, hiệu suất xúc tác trên hydroxyl hóa benzen bằng g-C3N4 pha tạp với các kim loại chuyển tiếp khác nhau đã được nghiên cứu sâu sắc. Nó được quan sát thấy rằng Vanadium pha tạp g-C3N4 chất xúc tác là chất xúc tác hiệu quả nhất trong các phản ứng [58]. Thay vào đó các tạp chất ion chuyển tiếp, các ion kim loại quý tộc cũng có thể hoạt động như các trang web đang hoạt động xúc tác [83]. Yan et al. Gần đây báo cáo rằng g-C3N4 pha tạp với các tạp chất kim loại quý tộc, như các ion Ag, có thể cải thiện hoạt tính quang cho sự suy thoái quang metyl da cam [13]. Thông thường, điều này chủ yếu là do khả năng chụp electron của các ion kim loại quý tộc, xung quanh có các electron photogenerated tổng hợp, tạo ra một sự phân tách cao hơn của các electron và lỗ photogenerated. Bên cạnh những cam methyl thoái quang, phản ứng khác nhau có thể đạt được bằng cách sử dụng các ion kim loại quý tộc pha tạp g-C3N4 như quang xúc tác. Hiệu quả cho NO phân hủy được báo cáo tăng xúc tác bởi g-C3N4 với kim loại quý tộc hoặc các ion Zn doping so với các đối tác undoped [84]. Tương tự như vậy, doping với Pd cũng được báo cáo là tăng cường hoạt động cho sự hydro trực tiếp của phenol để cyclohexanone [85]. Các hydro hóa phenol được đề xuất là một phản ứng bước-by-step với cyclohexanone là "trung gian" (Hình 15a.). Bởi vì phenol có thể hình thành mạnh mẽ Osingle bondH ... N hoặc Osingle bondH ... tương tác π [86], g-C3N4 có thể có hiệu quả hấp thụ phenol cho NH và NH 2 nhóm của nó trên bề mặt, do đó, phản ứng hydro hóa có thể được tăng tốc như các điện tử chuyển từ g- C3N4 làm giàu mật độ electron Pd (Hình 15b). [85].