CN110773221A - 一种静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种静电自组装法合成SnO2/2D g‑C3N4复合光催化剂的制备方法，属于光催化领域。该制备方法包括：在空气气氛下对体相g‑C3N4进行热氧化剥离，煅烧温度为450～550℃，煅烧时间为4～12h，得到2D g‑C3N4；将2D g‑C3N4超声分散于乙醇溶液中，加入纳米级的SnO2后搅拌10～14h，利用静电自组装得到SnO2/2D g‑C3N4复合光催化剂。在该方法中，球形SnO2通过静电引力自发地组装在在2D g‑C3N4的表面形成异质结结构，所制备得到的复合光催化剂具有高电荷分离和高光催化活性的特点，能够在可见光下快速降解有机污染物。
Description
技术领域
本发明涉及光催化剂技术领域，尤其涉及一种静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法。
背景技术
半导体光催化作为解决环境污染和能源危机的潜在途径，近年来引起了越来越多的关注。近几十年来，对TiO2、ZnS、CdS、Ta2O5、ZrO2、BiVO4和SrTiO3等一系列金属氧化物和复合金属氧化物的催化活性进行了系统的研究。然而，目前对宽带隙的SnO2(3.6eV)的研究热度远不如上述这些，主要是因为SnO2不仅在光响应范围受限，而且具有电荷传输能力差、复合快、吸附性差等特点，限制了其光催化活性。所以对SnO2进行改性，使其能够在可见光下发生光催化反应是目前研究的难题，与其他半导体复合构建恰当的复合型光催化材料是改变SnO2光响应范围，促进光生电荷分离，提高其光催化活性的有效途径之一。
g-C3N4是一种有机聚合物半导体，导带位置约为-1.30eV，价带位置约为1.40eV，带隙宽度约为2.70eV，能够在可见光下产生催化作用。目前，有研究报道，采用g-C3N4这种有机聚合物半导体材料对SnO2进行改性，得到一种复合型光催化材料，虽然其能够在一定程度上提高SnO2的光催化活性，但效果仍然不佳，主要是因为制备过程中采用的是体相g-C3N4(bulk g-C3N4)。bulk g-C3N4存在比表面积小、活性位点少、载流子从内部到表面的传输距离大、复合率高等缺点，对其在光催化应用中有很大的限制，鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，在该方法中，球形SnO2通过静电引力自发地组装在2D g-C3N4的表面形成异质结结构，所制备得到的复合光催化剂具有高电荷分离和高光催化活性的特点，能够在可见光下快速降解有机污染物。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其包括：
在空气气氛下对bulk g-C3N4进行热氧化剥离，煅烧温度为450～550℃，煅烧时间为4～12h，得到2D g-C3N4；
将所述2D g-C3N4超声分散于乙醇溶液中，加入纳米级的SnO2后搅拌10～14h，利用静电自组装得到SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，对所述2D g-C3N4超声分散过程中，超声波功率为100～150W，超声时间为0.5～1.5h。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述SnO2与所述2D g-C3N4的质量比为1:1～4。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述SnO2与所述2D g-C3N4的总质量与所述乙醇溶液的体积比为1:0.8～1.2。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，对所述bulk g-C3N4进行热氧化剥离过程中，升温速率为4～5℃/min。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，对所述bulk g-C3N4进行热氧化剥离过程中，当煅烧时间大于4h时，需将温度降至100℃以下，再以4～5℃/min的升温速率重新升温至450～550℃，继续煅烧2～8h。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述SnO2的粒径为30～50nm,其制备方法包括：将SnCl4·5H2O溶解于水中，于110～130℃下进行水热反应15～20h后洗涤，将所得产物于60～80℃下烘干10～14h，研磨。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述bulk g-C3N4采用热聚合法制备得到，所述热聚合法包括：将三聚氰胺于500～600℃下煅烧1.5～2.5h后，研磨。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供的这种静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，利用静电自组装技术，使得球形SnO2通过静电引力自发地组装在在2D g-C3N4的表面形成异质结结构，过程简单易于操作，成本低，环境友好。制备得到的这种SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂，具有快速的光生电子-空穴分离效果和电子迁移能力，提高了光电子的寿命，使复合光催化材料具有更加高效的光催化活性。具体地，包括：
(1)通过将bulk g-C3N4在高温下进行煅烧剥离，可以有效地增大带隙(从～2.7eV提升至～2.9eV)，并且将其表面电荷由负电荷变为正电荷。由于SnO2表面带有负电荷，利用静电自组装技术，在乙醇中将SnO2与热剥离后的2D g-C3N4进行复合，通过二者的协同作用，能够达到在可见光下快速降解有机污染物的目的。
(2)相比于现有方法中采用的bulk g-C3N4，本发明中采用的热氧化剥离之后的2Dg-C3N4呈二维片状结构。这种2D g-C3N4的比表面积大，使得光生载流子由体相到表面的传输距离减小，降低了载流子的复合效率，有利于进一步提升复合材料的光催化性能。
(3)在bulk g-C3N4进行热氧化剥离过程中，当煅烧时间大于4h时，需要分段煅烧，这主要是为了提升2D g-C3N4的品质。具体地，先将bulk g-C3N4在500℃下煅烧4h，待其降至室温，再以相同的升温速率升至500℃，煅烧8h。最佳品质标准：产量约为加入体相的6％～9％，表观由黄色变为白色。
(4)煅烧过程中为使样品受热更均匀，反应更完全，采用的升温速率为4～5℃/min，煅烧时间主要以2D g-C3N4的品质为标准。
附图说明
图1为SnO2、bulk g-C3N4和2D g-C3N4在乙醇中的Zeta电位图；
图2为SnO2、2D g-C3N4和SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的XRD图像；
图3为SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的扫描电镜图像；
图4为g-C3N4和2D g-C3N4紫外漫反射测试的(αhν)2与hν曲线图；以及
图5为罗丹明B溶液、SnO2、2D g-C3N4、SnO2/bulk g-C3N4、SnO2/2D g-C3N4和对比例复合光催化剂在可见光下催化降解罗丹明B的C/C0图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例提供一种静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其包括：
步骤(1)：采用水热法制备纳米SnO2：称取五水四氯化锡(SnCl4·5H2O)0.818g为原料，搅拌溶于75mL水中，形成透明溶液；将上述透明溶液转入水热釜内衬中并在鼓风干燥箱中水热反应，待水热釜冷却至室温，用乙醇和水将产物洗涤数次，将产物烘干，得到白色固体，将其研磨成粉末，即为纳米SnO2，粒径为30～50nm。
步骤(2)：采用热聚合法制备bulk g-C3N4：将装有三聚氰胺(C3N3(NH2)3)的陶瓷坩埚放入管式炉中，以4～5℃/min的升温速率升温至550℃，煅烧2h，降至室温，得到黄色块状固体，将其研磨成粉末，所得到的样品即为bulk g-C3N4。
步骤(3)：取0.45g步骤(2)中得到的bulk g-C3N4置于瓷舟中，在空气气氛下进行热剥离，以4～5℃/min的升温速率升温至500℃，煅烧4h，降至室温再以相同的升温速率升至500℃，煅烧8h得到2D g-C3N4。
步骤(4)：利用静电自组装制备SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂，将50mg 2D g-C3N4分散在含有100mL乙醇的烧杯中，室温下进行超声分散1h，然后加入50mg SnO2，在通风橱中搅拌12h。搅拌结束后，将样品进行干燥，得到SnO2/2D g-C3N4光催化剂。
对所制得的SnO2/2D g-C3N4光催化剂进行性能表征，结果如下：
图1是实施例1中SnO2、bulk g-C3N4、2D g-C3N4在乙醇中的Zeta电位图，图中可以看出，经过热氧化剥离之后g-C3N4的Zeta电位由-5.15mV变为+6.71mV，其表面电荷由负电荷变为正电荷，因为SnO2表面带有负电荷，故二者可通过静电作用形成异质结。
图2是实施例1中SnO2、2D g-C3N4、SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂XRD图，图谱中的衍射峰与SnO2(JCPDS No.41-1445)相对应，而且特征衍射峰尖锐，表明该方法制备的样品SnO2结晶性良好。图谱中位于27.4°、33.5°和51.4°的三个衍射峰分别归于SnO2的(110)(101)(211)晶面。图谱中的2D g-C3N4位于27.46°和21.60°的两个衍射峰分别归于2D g-C3N4(JCPDS No.87-1526)的(002)和(100)晶面，这是氮化碳的层层堆叠和三嗪环平面内的规则排列特征。对于SnO2/2D g-C3N4样品的图谱，可以看出所制备的复合材料的衍射峰包含了SnO2和2D g-C3N4所有的特征峰，说明成功构建了异质结。其中(100)和(002)晶面的特征峰变弱主要是因为复合在2D g-C3N4表面的SnO2影响了其衍射。
图3是实施例1中SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂扫描电镜图像，可以看出球形的纳米SnO2通过静电作用复合在片状的2D g-C3N4表面。
图4是实施例1中bulk g-C3N4、2D g-C3N4的紫外漫反射测试的(αhν)2与hν曲线，图中曲线切线的延长线与hν轴的截距即为bulk g-C3N4和2Dg-C3N4的带隙宽度值(Eg)。可以看出，bulk g-C3N4和2D g-C3N4的带隙分别为2.71eV和2.92eV。
实施例2
本实施例提供一种静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其包括：
步骤(1)、(2)与实施例1中相同。
步骤(3)：取0.45g步骤(2)中得到的bulk g-C3N4置于瓷舟中，在空气气氛下进行热剥离，以4～5℃/min的升温速率升温至500℃，煅烧4h，降至室温再以相同的升温速率升至500℃，煅烧4h得到2D g-C3N4；
步骤(4)：利用静电自组装制备SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂，将33.3mg 2D g-C3N4分散在含有100mL的乙醇的烧杯中，室温下进行超声分散1h，然后加入66.6mg SnO2，在通风橱中搅拌12h。搅拌结束后，将样品进行干燥，得到SnO2/2D g-C3N4光催化剂。
实施例3
本实施例提供一种静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其包括：
步骤(1)、(2)与实施例1中相同。
步骤(3)：取0.45g步骤(2)中得到的bulk g-C3N4置于瓷舟中，在空气气氛下进行热剥离，以4～5℃/min的升温速率升温至450℃，煅烧4h，降至室温再以相同的升温速率升至500℃，煅烧2h得到2D g-C3N4；
步骤(4)：利用静电自组装制备SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂，将25mg 2D g-C3N4分散在含有80mL的乙醇的烧杯中，室温下进行。之后，加入75mg SnO2，在通风橱中搅拌14h。搅拌结束后，将样品进行干燥，得到SnO2/2D g-C3N4光催化剂。
实施例4
本实施例提供一种静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其包括：
步骤(1)、(2)与实施例1中相同。
步骤(3)：取0.45g步骤(2)中得到的bulk g-C3N4于瓷舟中，在空气气氛下进行热剥离，以4～5℃/min的升温速率升温至550℃，煅烧4h得到2D g-C3N4；
步骤(4)：利用静电自组装制备SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂，将20mg 2D g-C3N4分散在含有120mL的乙醇的烧杯中，室温下进行超声。之后，加入80mg SnO2，在通风橱中搅拌10h。搅拌结束后，将样品进行干燥，得到SnO2/2D g-C3N4光催化剂。
对比例1
本对比例提供一种SnO2/bulk g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其包括：
步骤(1)：采用水热法制备纳米SnO2：称取五水四氯化锡(SnCl4·5H2O)0.818g为原料，搅拌溶于75mL水中，形成透明溶液；将上述透明溶液转入水热釜内衬中并在鼓风干燥箱中水热反应，待水热釜冷却至室温，用乙醇和水将产物洗涤数次，将产物烘干，得到白色固体，将其研磨成粉末，即为纳米SnO2，粒径为30～50nm。
步骤(2)：采用热聚合法制备bulk g-C3N4：将装有三聚氰胺(C3N3(NH2)3)的陶瓷坩埚放入管式炉中，以4～5℃/min的升温速率升温至550℃，煅烧2h，降至室温，得到黄色块状固体，将其研磨成粉末，所得到的样品即为bulk g-C3N4。
步骤(3)：利用超声辅助沉积法制备SnO2/体相g-C3N4复合光催化剂，将50mg体相g-C3N4分散在含有100mL的乙醇的烧杯中，室温下进行超声分散1h，然后加入50mg SnO2，在通风橱中搅拌12h。搅拌结束后，将样品进行干燥，得到SnO2/体相g-C3N4复合光催化剂。
对比例2
本对比例提供一种合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其制备方法中步骤(1)、(2)和(4)与实施例1一致，不同之处在于所用的2D g-C3N4为一步氧化剥离制得，具体如下：
步骤(3)：取0.45g步骤(2)中得到的bulk g-C3N4置于瓷舟中，在空气气氛下进行热剥离，以4～5℃/min的升温速率升温至500℃，煅烧12h得到2D g-C3N4。
效果实施例
罗丹明B溶液的光催化降解测试：
实验过程：分别取10mg的实施例1以及对比例1-2制备复合光催化剂置于石英光催化管中，加入50mL 10mg/L罗丹明B溶液，在500W氙灯下光照降解并间隔测试溶液的吸光度。
结果如图5所示：
图5是实施例1中罗丹明B溶液、SnO2、2D g-C3N4、SnO2/2D g-C3N4和对比例1-2复合光催化剂在可见光下催化降解罗丹明B的C/C0图。SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂在可见光照射50min后对罗丹明B溶液的降解率达到了98％以上，相对于对比例均有明显的提升，说明SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂在可见光下具有优异的光催化活性。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，其包括：
在空气气氛下对体相g-C3N4进行热氧化剥离，煅烧温度为450～550℃，煅烧时间为4～12h，得到2D g-C3N4；
将所述2D g-C3N4超声分散于乙醇溶液中，加入纳米级的SnO2后搅拌10～14h，利用静电自组装得到SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，对所述2D g-C3N4超声分散过程中，超声波功率为100～150W，超声时间为0.5～1.5h。
3.根据权利要求1所述的静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述SnO2与所述2D g-C3N4的质量比为1:1～4。
4.根据权利要求1所述的静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述SnO2与所述2D g-C3N4的总质量与所述乙醇溶液的体积比为1:0.8～1.2。
5.根据权利要求1所述的静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，对所述体相g-C3N4进行热氧化剥离过程中，升温速率为4～5℃/min。
6.根据权利要求1所述的静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，对所述体相g-C3N4进行热氧化剥离过程中，当煅烧时间大于4h时，需将温度降至100℃以下，再以4～5℃/min的升温速率重新升温至450～550℃，继续煅烧2～8h。
7.根据权利要求1所述的静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述SnO2的粒径为30～50nm,其制备方法包括：将SnCl4·5H2O溶解于水中，于110～130℃下进行水热反应15～20h后洗涤，将所得产物于60～80℃下烘干10～14h，研磨。
8.根据权利要求1所述的静电自组装法合成SnO2/2D g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述体相g-C3N4采用热聚合法制备得到，所述热聚合法包括：将三聚氰胺于500～600℃下煅烧1.5～2.5h后，研磨。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111484071A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-08-04 | 陕西科技大学 | 一种表面非晶/结晶结构SnO2材料的合成方法及其光催化应用 |
| CN111558389A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-08-21 | 燕山大学 | 一种BiVO4/质子化g-C3N4/AgI三元复合光催化剂及其制备方法 |
| CN111564321A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-08-21 | 新昌县易纵新材料科技有限公司 | 一种锡氧化物-改性g-C3N4的超级电容器电极材料及其制法 |
| CN111569932A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-08-25 | 吉林大学 | 复合材料及其制备方法、光催化剂、应用 |
| CN112007632A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-01 | 合肥工业大学 | 一种新型花状SnO2/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法 |
| CN113751045A (zh) * | 2021-10-07 | 2021-12-07 | 西北工业大学 | 一种二维g-C3N4纳米片/SnO2八面体纳米颗粒异质结光催化剂及其制备方法 |
| CN113921823A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-01-11 | 西安热工研究院有限公司 | 一种CuO/O-g-C3N4锂离子电池负极材料及其制备方法 |
| CN113941353A (zh) * | 2021-08-30 | 2022-01-18 | 郑州大学 | FeWO4/g-C3N4光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN115634709A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-01-24 | 常州大学 | 剥离自组装制备NMOs/g-C3N4 sheets复合材料的方法及其应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103920520A (zh) * | 2014-04-21 | 2014-07-16 | 河北科技大学 | 一种超声波辅助沉积法合成纳米SnO2/g-C3N4复合可见光催化剂的制备方法 |
| US20150352539A1 (en) * | 2012-12-21 | 2015-12-10 | Riken | g-C3N4 FILM PRODUCTION METHOD, AND USE OF SAID FILM |
| CN106971863A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-07-21 | 华中科技大学 | 一种g‑C3N4/NiCo2S4复合材料、制备方法及其应用 |
| CN106964386A (zh) * | 2017-02-23 | 2017-07-21 | 江苏大学 | 一种可见光响应型复合光催化剂的制备方法 |
| CN107096558A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-29 | 江苏大学 | 二氧化锡/类石墨烯氮化碳复合光催化材料及其制备方法 |
| CN108686690A (zh) * | 2017-04-12 | 2018-10-23 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种基于石墨相氮化碳g-C3N4的光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN109985657A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-09 | 燕山大学 | BiVO4/2D g-C3N4Z型异质结光催化剂的制备方法 |
-
2019
- 2019-11-08 CN CN201911090139.9A patent/CN110773221B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150352539A1 (en) * | 2012-12-21 | 2015-12-10 | Riken | g-C3N4 FILM PRODUCTION METHOD, AND USE OF SAID FILM |
| CN103920520A (zh) * | 2014-04-21 | 2014-07-16 | 河北科技大学 | 一种超声波辅助沉积法合成纳米SnO2/g-C3N4复合可见光催化剂的制备方法 |
| CN106964386A (zh) * | 2017-02-23 | 2017-07-21 | 江苏大学 | 一种可见光响应型复合光催化剂的制备方法 |
| CN108686690A (zh) * | 2017-04-12 | 2018-10-23 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种基于石墨相氮化碳g-C3N4的光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN106971863A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-07-21 | 华中科技大学 | 一种g‑C3N4/NiCo2S4复合材料、制备方法及其应用 |
| CN107096558A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-29 | 江苏大学 | 二氧化锡/类石墨烯氮化碳复合光催化材料及其制备方法 |
| CN109985657A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-09 | 燕山大学 | BiVO4/2D g-C3N4Z型异质结光催化剂的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| JASMINDER SINGH ET AL.: ""Degradation of toxic industrial dyes using SnO2/g-C3N4 nanocomposites:Role of mass ratio on photocatalytic activity"", 《JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY & PHOTOBIOLOGY A: CHEMISTRY》 * |
| YIPENG ZANG ET AL.: ""Synergistic collaboration of g-C3N4/SnO2 composites for enhanced visible-light photocatalytic activity "", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》 * |
| 孙朝阳等: ""SnO2/g-C3N4 复合光催剂的制备及其性能研究"", 《2019第三届全国光催化材料创新与应用学术研讨会摘要集》 * |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111484071A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-08-04 | 陕西科技大学 | 一种表面非晶/结晶结构SnO2材料的合成方法及其光催化应用 |
| CN111558389B (zh) * | 2020-05-13 | 2022-04-01 | 燕山大学 | 一种BiVO4/质子化g-C3N4/AgI三元复合光催化剂及其制备方法 |
| CN111558389A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-08-21 | 燕山大学 | 一种BiVO4/质子化g-C3N4/AgI三元复合光催化剂及其制备方法 |
| CN111564321A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-08-21 | 新昌县易纵新材料科技有限公司 | 一种锡氧化物-改性g-C3N4的超级电容器电极材料及其制法 |
| CN111564321B (zh) * | 2020-05-27 | 2023-01-13 | 新昌县易纵新材料科技有限公司 | 一种锡氧化物-改性g-C3N4的超级电容器电极材料及其制法 |
| CN111569932A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-08-25 | 吉林大学 | 复合材料及其制备方法、光催化剂、应用 |
| CN111569932B (zh) * | 2020-06-17 | 2023-04-11 | 吉林大学 | 复合材料及其制备方法、光催化剂、应用 |
| CN112007632A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-01 | 合肥工业大学 | 一种新型花状SnO2/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法 |
| CN113941353A (zh) * | 2021-08-30 | 2022-01-18 | 郑州大学 | FeWO4/g-C3N4光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113941353B (zh) * | 2021-08-30 | 2023-05-09 | 郑州大学 | FeWO4/g-C3N4光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113751045A (zh) * | 2021-10-07 | 2021-12-07 | 西北工业大学 | 一种二维g-C3N4纳米片/SnO2八面体纳米颗粒异质结光催化剂及其制备方法 |
| CN113921823A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-01-11 | 西安热工研究院有限公司 | 一种CuO/O-g-C3N4锂离子电池负极材料及其制备方法 |
| CN115634709A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-01-24 | 常州大学 | 剥离自组装制备NMOs/g-C3N4 sheets复合材料的方法及其应用 |
| CN115634709B (zh) * | 2022-11-15 | 2023-12-08 | 常州大学 | 剥离自组装制备NMOs/g-C3N4 sheets复合材料的方法及其应用 |
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| Publication number | Publication date |
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