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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 ·899·

产 H 2 O 2 ，此方法有多步加氢和氧化反应，能耗很高。 得到的固体产物经过分离、水洗及干燥后，产物分别
命名为 HSO-CN(1)、HSO-CN（2)和 HSO-CN(3)。
在贵金属催化剂作用下，H 2 和 O 2 气体直接合成 H 2 O 2
反应被学者们广泛研究 [18-19] ，但此法使用的 H 2 /O 2 1.3 催化活性评价
混合气体具有潜在的爆炸风险。最近，光催化制取 光催化合成双氧水过程如下：将 0.2 g 催化剂置
H 2 O 2 技术引起了研究者的广泛关注 [20] 。 于自制的筒状双层夹套式玻璃反应器中，夹套中通
本文采用硫酸水热后处理法合成了 g-C 3 N 4 纳米 入循环水以保证反应恒温进行。反应器整体置于搅
棒催化剂，将其用于光催化制取 H 2 O 2 ，并讨论了酸 拌器上，转子位于反应器底部。向反应器中加入
水热后处理对催化剂的结构性质、光学性质、分离 200 mL 去离子水及 0.15 g 乙二胺四乙酸（EDTA），
效率及光催化性能的影响。本文对高效 C 3 N 4 基光催 作为空穴被捕获剂（实验发现 EDTA 添加量对反应
化剂的研发有重要的借鉴意义。 效果无影响）。得到的悬浊液搅拌 30 min 后，置于
250 W 高压钠灯下进行光催化反应，灯头高度与液
1 实验部分 面平齐。采用 0.5 mol/L 的亚硝酸钠溶液为循环水滤
去光源中的紫外光部分。80 mL/min 的氧气通入上
1.1 试剂与仪器
述反应中，反应在 30 ℃及标准压力下进行。每隔一
所用试剂均为分析纯，购自天津化学试剂厂，
定时间，取 5 mL 悬浊液置于离心管中，在 3000 r/min
使用前未经提纯。所有水溶液均用去离子水配制。
的转速下离心 5 min 后取上层清液，采用标准碘量
X 射线衍射光谱（XRD）采用日本岛津公司的
法测量分析双氧水浓度 [21-22] 。
X 射线衍射仪（XRD-7000）进行测定，以 Cu 靶 K α
作为辐射电源，工作电压 40 kV，工作电流 30 mA。 2 结果与讨论
氮气吸附等温线均是采用 ASAP 2010 （美国
Micrometrics 公司）物理吸附仪在196 ℃下测得， 对所制备的催化剂进行表征，如图 1 所示。

测定前，样品首先于 350 ℃下真空脱气处理 10 h，
样品的比表面积是通过（BET 方法求得。傅里叶变
换红外光谱（FTIR）使用美国 NICOLET 公司的
（Nicolet360）仪器在室温下扫描得到。采用扫描电
子显微镜（SEM，SU8010，HITACHI，日本日立公
司）对制备的催化剂形貌进行表征。采用程序升温
脱附（TPD，CHEMBET-3000，美国康塔仪器公司）
分析催化剂对反应物氮气的吸附能力。采用赛默飞
世尔科技有限公司的 Thermo ESCALAB 250 光电子
能谱仪（XPS）对样品的表面组成和元素化合态进
行测定。紫外-可见（UV-Vis）光谱采用日本 JASCA
公司的紫外-可见光谱仪（UV-550）进行测定。荧光
（PL）光谱使用 FP-6300 荧光分光光度计（日本分
光公司），Xe 灯为激发光源进行测定。电化学阻抗
谱（EIS 采用 AUTO-LAB PGSTAT30 电化学工作站
（瑞士万通公司）进行测定，测试在自制带石英窗
口的电解池中进行（20 mm×40 mm×50 mm），体系
采用三电极体系，以膜状样品为工作电极，Pt 片为
对电极，Ag/AgCl 为参比电极，扫描频率范围为
1~100 MHz，控制在开路电位，扰动电位为 10 mV，
电解质为 0.5 mol/L Na 2 SO 4 。
1.2 催化剂制备
将 10 g 三聚氰胺置于马弗炉内，520 ℃下焙烧
2 h，升温速率 5 ℃/min，得到纯 g-C 3N 4 。将 2 g 制备
的纯 g-C 3N 4 加入 130 mL 去离子水中，搅拌条件下分
别加入 5、10 及 20 mL 浓硫酸。得到的悬浊液装入
150 mL 自压反应釜，放入烘箱中 150 ℃保持 12 h。