论文标题：Boosting visible-light photocatalytic performance of exfoliated carbon nitride nanosheets via optimizing dopant decoration for efficient pollutant removal

期刊：Frontiers of Chemical Science and Engineering

作者：Kingsley Igenepo John, Touma B. Issa, Goen Ho, Aleksandar N. Nikoloski, Dan Li

发表时间：19 May 2025

DOI：10.1007/s11705-025-2586-6

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本研究系统探究了镨（Pr）、铁（Fe）和钠（Na）分别作为稀土、过渡金属和碱金属掺杂剂的代表，对剥离的石墨相氮化碳（g-C₃N₄）光催化活性的影响。通过将前体离子插层整合到预先制备的g-C₃N₄中，再结合热处理工艺，成功制备出掺杂的剥离g-C₃N₄样品。为明确掺杂剂与复合样品光催化活性的关联，本研究对所制备催化剂的晶体结构、织构特征、化学性质、光学性能及光电化学性能进行了系统表征。详细分析结果表明，在可见光照射下降解亚甲基蓝（MB）的反应中，Pr掺杂g-C₃N₄表现出优异的光催化活性：40分钟内MB去除率可达约 96%，不仅优于未掺杂g-C₃N₄，更显著高于Na掺杂g-C₃N₄与Fe掺杂 g-C₃N₄。动力学分析显示，Pr掺杂g-C₃N₄的反应速率常数分别是未掺杂g-C₃N₄、Fe掺杂g-C₃N₄与Na掺杂g-C₃N₄的3.2倍、5.1倍与2.0倍。Pr掺杂g-C₃N₄光催化性能的提升，源于其经优化调控后形成的固有特性，具体包括：较大的比表面积、更优的孔隙结构、增强的可见光吸收能力、适宜的电子能带结构、更高的载流子浓度、更高效的电荷分离效率，以及更低的电荷转移电阻。此外，本研究以优化后的Pr (0.4) g-C₃N₄为对象，详细考察了不同初始亚甲基蓝浓度、染料类型、催化剂投加量、溶液初始pH值、抗衡离子及水体基质条件对其光催化降解MB效果的影响。结果表明，无论是在不同实验条件下，还是在采集自本地城市污水处理厂的实际废水基质中，Pr (0.4) g-C₃N₄均保持较高的光催化活性。经过5次光催化降解循环实验后，该催化剂仍展现出良好的可重复使用性与稳定性，这进一步表明Pr (0.4) g-C₃N₄在实际废水处理中具有广阔的应用前景。

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Kingsley Igenepo John, Touma B. Issa, Goen Ho, Aleksandar N. Nikoloski, Dan Li. Boosting visible-light photocatalytic performance of exfoliated carbon nitride nanosheets via optimizing dopant decoration for efficient pollutant removal. Front. Chem. Sci. Eng., 2025, 19(9): 77 DOI:10.1007/s11705-025-2586-6

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