可见光驱动镍修饰石墨相氮化碳(g-C3N4)光催化氧化降解苯乙烯的性能提升研究

本研究针对室内环境中挥发性有机物(VOCs)的代表性污染物苯乙烯，通过镍(Ni)修饰石墨相氮化碳(g-C3N4)成功提升了可见光驱动的光催化氧化效率。研究人员系统考察了不同Ni负载量(0.05-0.3 wt%)对材料性能的影响，发现0.1 wt%Ni/g-C3N4表现出最优异的催化活性(苯乙烯转化率49.6%)，并通过表征揭示了其增强的电荷分离效率和光吸收能力。该研究为开发高效、经济的室内空气净化技术提供了新思路。

　　

室内空气质量问题日益受到关注，其中挥发性有机物(VOCs)如苯乙烯因其神经毒性和潜在致癌性成为重点治理对象。这类污染物广泛存在于橡胶、建材、食品包装等日常用品中，传统处理方法存在能耗高、二次污染等问题。光催化技术因其绿色高效的特点被视为理想解决方案，但常用光催化剂石墨相氮化碳(g-C₃N₄)存在带隙宽、电子-空穴复合快等缺陷，限制了其在可见光下的应用效率。

台湾成功大学的研究团队在《Applied Catalysis A: General》发表的研究中，创新性地采用镍(Ni)修饰策略对g-C₃N₄进行改性。通过热缩聚法制备g-C₃N₄基底后，采用浸渍法引入不同比例的Ni(NO₃)₂·6H₂O前驱体，经煅烧获得系列Ni/g-C₃N₄催化剂。研究团队运用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光光谱(PL)等技术对材料进行系统表征，并在自制光催化反应器中评估其苯乙烯降解性能。

Photocatalyst preparation
以尿素为原料通过450℃热缩聚3小时制备g-C₃N₄基底，采用浸渍法引入0.05-0.3 wt%不同比例的Ni，经煅烧获得改性催化剂。

Photocatalytic activity of various prepared photocatalysts
0.1 wt%Ni/g-C₃N₄展现出49.6%的最高苯乙烯转化率，表征显示其比表面积增大至89.6 m²/g，光吸收边红移至475 nm，PL强度降低表明电子-空穴复合受到抑制。过量Ni(>0.1 wt%)会形成复合中心导致活性下降。

Conclusion
研究证实Ni修饰能有效拓宽g-C₃N₄的光响应范围并促进电荷分离，但需精确控制金属负载量。在相对湿度>1%时水分子会竞争活性位点降低催化效率。通过中间产物分析提出了可能的降解路径，并建立了反应动力学模型。

该工作不仅为室内VOCs治理提供了高效催化剂设计策略，其提出的"金属负载量-活性位点平衡"机制对同类研究具有重要指导意义。Hsin Chu团队开发的0.1 wt%Ni/g-C₃N₄在保持低成本优势的同时，将苯乙烯降解效率提升近50%，展现出良好的实际应用前景。研究获得台湾科技部项目(NSC 110-2221-E-006-101)支持，相关成果对推动绿色环境技术的发展具有重要价值。