Синтез багатошарового азаграфена та оксиду нітриду вуглецю
As an one of the most promising materials of green energy as a photocatalyst for the production of hydrogen from renewable, natural sources (water, greenhouse gas) and environmental remediation through the degradation of toxic organic pollutants, graphite-like carbon nitride (characterized as a non-...
Gespeichert in:
| Datum: | 2018 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/483 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543903929335808 |
|---|---|
| author | Bondarenko, M. E. Silenko, P. M. Gubareni, N. I. Khyzhun, O. Yu. Ostapovskaya, N. Yu. Solonin, Yu. M. |
| author_facet | Bondarenko, M. E. Silenko, P. M. Gubareni, N. I. Khyzhun, O. Yu. Ostapovskaya, N. Yu. Solonin, Yu. M. |
| author_sort | Bondarenko, M. E. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:03:51Z |
| description | As an one of the most promising materials of green energy as a photocatalyst for the production of hydrogen from renewable, natural sources (water, greenhouse gas) and environmental remediation through the degradation of toxic organic pollutants, graphite-like carbon nitride (characterized as a non-toxic and chemically highly resistant material) and its nanostructured and doped (especially by oxygen atoms) derivatives attract special attention. The actual task for expanding the scope of application of g-C3N4 is to improve and optimize its catalytic, electronic and optical properties by increasing both the surface area of graphitic carbon nitride and the number of active centers of the carbon nitride network due to doping of carbon nitride. The use of a mixture of two different precursors ensures the creation of heterojunctions, and as a result, an improvement the photocatalytic characteristics of g-C3N4. The oxygen-doped carbon nitride (O-g-C3N4) and water-soluble carbon nitride oxide (g-C3N4)O was simultaneously synthesized by the gas phase method under special reaction conditions of pyrolysis of cyanuric acid and urea mixture. Reduction by the hydroquinone of carbon nitride oxide (g-C3N4)O yields nanostructured reduced carbon nitride (or reduced multilayer azagraphene). Obtained products were characterized by using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), chemical and X-ray diffraction (XRD) analyses, scanning electron microscopy (SEM). According to the results of XPS and IR spectrometry the chemical bonds between atoms in a heteroatomic plane of reduced carbon nitride (RCN) correspond to the bonds in a synthesized carbon nitride (SCN). However, according to XRD results, reduced carbon nitride (RCN) probably consists of poorly connected heteroatomic azagraphene layers, because it has a significantly larger (on 0.09 nm) interplanar distance between the adjacent nitrogen-carbon layers than interplanar distance between the layers of synthesized carbon nitride (SCN). By SEM characterization it was found that the pyrolysis of a mixture of various precursors (cyanuric acid and urea) yielded a product with smaller crystalline domains (which can improve photocatalytic characteristics) than the pyrolysis of a single precursor (urea only). |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:28Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-483 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:07:57Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4832022-06-29T10:03:51Z Synthesis of multilayer azagraphene and carbon nitride oxide Синтез многослойного азаграфена и оксида нитрида углерода Синтез багатошарового азаграфена та оксиду нітриду вуглецю Bondarenko, M. E. Silenko, P. M. Gubareni, N. I. Khyzhun, O. Yu. Ostapovskaya, N. Yu. Solonin, Yu. M. azagraphene carbon nitride oxide cyanuric acid urea pyrolysis photocatalyst азаграфен оксид нітриду вуглецю цианурова кислота сечовина піроліз фотокаталізатор азаграфен оксид нитрида углерода циануровая кислота мочевина пиролиз фотокатализатор As an one of the most promising materials of green energy as a photocatalyst for the production of hydrogen from renewable, natural sources (water, greenhouse gas) and environmental remediation through the degradation of toxic organic pollutants, graphite-like carbon nitride (characterized as a non-toxic and chemically highly resistant material) and its nanostructured and doped (especially by oxygen atoms) derivatives attract special attention. The actual task for expanding the scope of application of g-C3N4 is to improve and optimize its catalytic, electronic and optical properties by increasing both the surface area of graphitic carbon nitride and the number of active centers of the carbon nitride network due to doping of carbon nitride. The use of a mixture of two different precursors ensures the creation of heterojunctions, and as a result, an improvement the photocatalytic characteristics of g-C3N4. The oxygen-doped carbon nitride (O-g-C3N4) and water-soluble carbon nitride oxide (g-C3N4)O was simultaneously synthesized by the gas phase method under special reaction conditions of pyrolysis of cyanuric acid and urea mixture. Reduction by the hydroquinone of carbon nitride oxide (g-C3N4)O yields nanostructured reduced carbon nitride (or reduced multilayer azagraphene). Obtained products were characterized by using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), chemical and X-ray diffraction (XRD) analyses, scanning electron microscopy (SEM). According to the results of XPS and IR spectrometry the chemical bonds between atoms in a heteroatomic plane of reduced carbon nitride (RCN) correspond to the bonds in a synthesized carbon nitride (SCN). However, according to XRD results, reduced carbon nitride (RCN) probably consists of poorly connected heteroatomic azagraphene layers, because it has a significantly larger (on 0.09 nm) interplanar distance between the adjacent nitrogen-carbon layers than interplanar distance between the layers of synthesized carbon nitride (SCN). By SEM characterization it was found that the pyrolysis of a mixture of various precursors (cyanuric acid and urea) yielded a product with smaller crystalline domains (which can improve photocatalytic characteristics) than the pyrolysis of a single precursor (urea only). Графитоподобный нитрид углерода (характеризующийся как нетоксичный и химически высокостойкий материал) и его наноструктурированные и допированные, в частности, кислородом, производные, привлекают особое внимание в качестве наиболее перспективных материалов зеленой энергетики как фотокатализаторы для производства водорода из возобновляемых, природных источников (вода, парниковый газ) и восстановления окружающей среды путем деградации токсичных органических соединений. Актуальной задачей для расширения сферы применения g-C3N4 является улучшение и оптимизация его каталитических, электронных и оптических свойств, как посредством увеличения площади поверхности, так и за счет увеличения числа активных центров нитридуглеродной плоскости вследствие допирования графитоподобного нитрида углерода. Использование смеси двух разных прекурсоров обеспечивает создание гетеропереходов и, как следствие, улучшение фотокаталитических характеристик g-C3N4. Допированный кислородом нитрид углерода (O-g-C3N4) и водорастворимый оксид нитрида углерода (g-C3N4)O одновременно синтезировали газофазным методом в особых реакционных условиях пиролиза смеси циануровой кислоты и мочевины. Наноструктурированный восстановленный нитрид углерода (или восстановленный многослойный азаграфен) получали посредством восстановления гидрохиноном оксида нитрида углерода (g-C3N4)O. Полученные продукты были исследованы методами (ИК) и рентгеновской фотоэлектронной (РФЭ) спектроскопии, химического и рентгенофазового (РФА) анализов, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). В соответствии с результатами РФЭ и ИК спектрометрии химические связи между атомами в гетероатомной плоскости восстановленного нитрида углерода (ВНУ) соответствуют связям в синтезированном нитриде углерода (СНУ). Однако, согласно результатам РФА, полагаем, что восстановленный нитрид углерода (ВНУ) состоит из слабосвязанных гетероатомных слоев азаграфена, поскольку он имеет значительно большее (на 0.09 нм) межплоскостное расстояние между соседними азот-углеродными слоями, чем между слоями синтезированного нитрида углерода (СНУ). Методом СЭМ установлено, что пиролиз смеси различных прекурсоров (циануровой кислоты и мочевины) дает продукт с меньшими кристаллическими доменами (что может улучшить фотокаталитические характеристики), чем пиролиз одного прекурсора (мочевины). Графітоподібний нітрид вуглецю (що характеризується як нетоксичний і хімічно високостійкий матеріал) і його наноструктуровані і доповані, зокрема, киснем, похідні, привертають особливу увагу в якості найбільш перспективних матеріалів зеленої енергетики як фотокаталізатори для виробництва водню з поновлюваних, природних джерел (вода, парниковий газ) і відновлення навколишнього середовища шляхом деградації токсичних органічних забруднювачів. Актуальним завданням для розширення сфери застосування g-C3N4 є покращання і оптимізація його каталітичних, електронних і оптичних властивостей, як за допомогою збільшення площі поверхні, так і за рахунок збільшення числа активних центрів нітридвуглецевої площини внаслідок допування графітоподібного нітриду вуглецю. Використання суміші двох різних прекурсорів забезпечує створення гетеропереходів і, як наслідок, покращання фотокаталітичних характеристик g-C3N4. Допований киснем нітрид вуглецю (O-g-C3N4) і водорозчинний оксид нітриду вуглецю (g-C3N4)O одночасно синтезували газофазним методом в особливих реакційних умовах піролізу суміші цианурової кислоти і сечовини. Наноструктурований відновлений нітрид вуглецю (або відновлений багатошаровий азаграфен) отримували за допомогою відновлення гидрохиноном оксиду нітриду вуглецю (g-C3N4)O. Отримані продукти були досліджені методами інфрачервоної (ІЧ) і рентгенівської фотоелектронної (РФЕ) спектроскопії, хімічного і рентгенофазового (РФА) аналізу, скануючої електронної мікроскопії (СЕМ). Відповідно до результатів РФЕ і ІЧ спектрометрії, хімічні зв’язки між атомами в гетероатомній площині відновленого нітриду вуглецю (ВНУ) відповідають зв'язкам в синтезованому нітриді вуглецю (СНУ). Однак, згідно з результатами РФА, вважаємо, що відновлений нітрид вуглецю (ВНВ) складається з слабкопов’язаних гетероатомних шарів азаграфену, оскільки він має значно більшу (на 0.09 нм) міжплощинну відстань між сусідніми азот-вуглецевими шарами, ніж така між шарами синтезованого нітриду вуглецю (СНВ). Методом СЕМ встановлено, що піроліз суміші різних прекурсорів (цианурової кислоти і сечовини) дає продукт з меншими кристалічними доменами (що може поліпшити фотокаталітичні характеристики), ніж піроліз одного прекурсора (сечовини). Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2018-11-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/483 10.15407/hftp09.04.393 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 9 No. 4 (2018): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 393-403 Химия, физика и технология поверхности; Том 9 № 4 (2018): Химия, физика и технология поверхности; 393-403 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 9 № 4 (2018): Хімія, фізика та технологія поверхні; 393-403 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp09.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/483/485 Copyright (c) 2018 M. E. Bondarenko, P. M. Silenko, N. I. Gubareni, O. Yu. Khyzhun, N. Yu. Ostapovskaya, Yu. M. Solonin |
| spellingShingle | азаграфен оксид нітриду вуглецю цианурова кислота сечовина піроліз фотокаталізатор Bondarenko, M. E. Silenko, P. M. Gubareni, N. I. Khyzhun, O. Yu. Ostapovskaya, N. Yu. Solonin, Yu. M. Синтез багатошарового азаграфена та оксиду нітриду вуглецю |
| title | Синтез багатошарового азаграфена та оксиду нітриду вуглецю |
| title_alt | Synthesis of multilayer azagraphene and carbon nitride oxide Синтез многослойного азаграфена и оксида нитрида углерода |
| title_full | Синтез багатошарового азаграфена та оксиду нітриду вуглецю |
| title_fullStr | Синтез багатошарового азаграфена та оксиду нітриду вуглецю |
| title_full_unstemmed | Синтез багатошарового азаграфена та оксиду нітриду вуглецю |
| title_short | Синтез багатошарового азаграфена та оксиду нітриду вуглецю |
| title_sort | синтез багатошарового азаграфена та оксиду нітриду вуглецю |
| topic | азаграфен оксид нітриду вуглецю цианурова кислота сечовина піроліз фотокаталізатор |
| topic_facet | azagraphene carbon nitride oxide cyanuric acid urea pyrolysis photocatalyst азаграфен оксид нітриду вуглецю цианурова кислота сечовина піроліз фотокаталізатор азаграфен оксид нитрида углерода циануровая кислота мочевина пиролиз фотокатализатор |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/483 |
| work_keys_str_mv | AT bondarenkome synthesisofmultilayerazagrapheneandcarbonnitrideoxide AT silenkopm synthesisofmultilayerazagrapheneandcarbonnitrideoxide AT gubarenini synthesisofmultilayerazagrapheneandcarbonnitrideoxide AT khyzhunoyu synthesisofmultilayerazagrapheneandcarbonnitrideoxide AT ostapovskayanyu synthesisofmultilayerazagrapheneandcarbonnitrideoxide AT soloninyum synthesisofmultilayerazagrapheneandcarbonnitrideoxide AT bondarenkome sintezmnogoslojnogoazagrafenaioksidanitridaugleroda AT silenkopm sintezmnogoslojnogoazagrafenaioksidanitridaugleroda AT gubarenini sintezmnogoslojnogoazagrafenaioksidanitridaugleroda AT khyzhunoyu sintezmnogoslojnogoazagrafenaioksidanitridaugleroda AT ostapovskayanyu sintezmnogoslojnogoazagrafenaioksidanitridaugleroda AT soloninyum sintezmnogoslojnogoazagrafenaioksidanitridaugleroda AT bondarenkome sintezbagatošarovogoazagrafenataoksidunítriduvuglecû AT silenkopm sintezbagatošarovogoazagrafenataoksidunítriduvuglecû AT gubarenini sintezbagatošarovogoazagrafenataoksidunítriduvuglecû AT khyzhunoyu sintezbagatošarovogoazagrafenataoksidunítriduvuglecû AT ostapovskayanyu sintezbagatošarovogoazagrafenataoksidunítriduvuglecû AT soloninyum sintezbagatošarovogoazagrafenataoksidunítriduvuglecû |