碳掺杂石墨相氮化碳通过电子自旋极化高效活化过一硫酸盐降解新兴污染物

本综述系统阐述了非金属催化剂C-C3N4的合成及其在过一硫酸盐（PMS）活化中的应用。研究通过碳掺杂诱导电子自旋极化，显著提升了PMS活化效率及活性氧物种（ROSs，如?OH、SO4??、1O2）的生成，实现了四环素（TC）等新兴污染物（ECs）的高效降解（15分钟内近100%）与矿化（50分钟达70%）。该工作为开发高稳定性、无金属溶出的芬顿样催化剂提供了新策略。

　　

Highlight

化学试剂

本研究中使用试剂的详细信息见Text S1。

石墨相碳掺杂氮化碳（C-C₃N₄）的合成

g-C₃N₄和C-C₃N₄采用简易煅烧法在惰性气氛下合成，以尿素（CO(NH₂)₂)为前驱体。具体步骤为：将10.0克CO(NH₂)₂与4.0克H₂C₂O₄?2H₂O混合，球磨10分钟。将混合物转移至管式炉中，在氩气气氛下以10 °C min^-1的升温速率升至500 °C并煅烧4小时。获得的棕色固体用去离子水和乙醇洗涤数次，然后在80 °C下干燥过夜，得到最终产物C-C₃N₄。作为对比，未添加草酸的g-C₃N₄也通过相同步骤合成。

C-C₃N₄的形貌与化学组成

合成催化剂的实物照片如图1a-b所示。由于合成过程中草酸的加入以及由此产生的碳掺杂，g-C₃N₄的颜色从浅黄色变为C-C₃N₄的棕色。X射线衍射（XRD）图谱表明g-C₃N₄和C-C₃N₄均为石墨相氮化碳晶体（图1c）。12.96°和27.54°处的峰分别对应三嗪环的分子内排列和芳香环体系的层间堆叠。

结论

总之，通过简单的热聚合方法成功合成了碳掺杂石墨相氮化碳（C-C₃N₄）。由于碳掺杂，C-C₃N₄的比表面积和多孔结构得到了极大扩展。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）结合密度泛函理论（DFT）计算证实了C-C₃N₄的化学形态以及掺杂碳取代了N??(C)₂位点。合成的C-C₃N₄在PMS活化和ECs深度降解方面表现出优异的性能和稳定性。四环素（TC）可以在15分钟内被C-C₃N₄/PMS体系完全去除。