石墨相氮化碳光催化材料简介及性能
石墨相氮化碳在光催化杀菌领域中的应用研究
石墨相氮化碳在光催化杀菌领域中的应用研究石墨相氮化碳（GNC）是一种新型的光催化剂，具有高效、环保和可再生的特点，在光催化杀菌领域中具有广阔的应用前景。
本文将探讨GNC在光催化杀菌领域中的应用研究，并分析其优势和挑战。
在过去的几十年里，细菌和病毒感染一直是人类面临的重要问题之一。
随着抗生素和其他传统杀菌剂的滥用和耐药性的增加，研发新型的杀菌技术迫在眉睫。
光催化杀菌是一种具有潜力的替代方法，其中光催化剂能够利用可见光或紫外光产生活性氧化物，从而杀死细菌和病毒。
GNC作为一种全新的光催化剂，具有许多优势。
首先，GNC的光电转换效率高，能够利用可见光产生大量的电子-空穴对。
这些电子-空穴对能够通过还原和氧化反应产生活性氧化物，从而具有杀菌效果。
其次，GNC是一种环保的材料，由碳、氮和氧组成，不会产生有害的副产物。
最后，GNC是可再生的，可以通过简单的方法制备和再生，从而减少成本和资源消耗。
研究表明，GNC在光催化杀菌领域具有广泛的应用潜力。
一项研究发现，GNC对大肠杆菌具有显著的杀菌效果。
在可见光照射下，GNC能够产生一定量的活性氧化物，破坏细菌细胞的结构和功能，从而导致其死亡。
类似的结果也在其他细菌和病毒中得到验证，包括金黄色葡萄球菌、大肠肠杆菌O157、流感病毒等。
除了对细菌和病毒的杀菌作用外，GNC还具有其他应用价值。
一项研究发现，GNC可以通过光催化降解有机污染物，如苯酚和甲醛，从而净化水和空气。
另一项研究显示，GNC还可以用于光催化制备氢气和其他燃料，实现可持续能源的生产。
尽管GNC在光催化杀菌领域具有许多优势，但也面临一些挑战。
首先，GNC的光催化效率目前仍然有待提高。
虽然GNC能够利用可见光产生大量的电子-空穴对，但其光吸收能力仍然有限，导致部分光能无法有效利用。
其次，GNC的制备方法和再生方法还不够成熟。
目前的制备方法通常需要高温和高压条件，从而增加了成本和能源消耗。
另外，GNC的稳定性也是一个问题，其在长时间使用和再生后性能会出现衰减。
znn4石墨相氮化碳
znn4石墨相氮化碳1.引言1.1 概述石墨相氮化碳（graphitic carbon nitride，简称g-C3N4）是一种新型的二维材料，具有丰富的化学和物理性质。
它由碳和氮原子组成，呈现出石墨结构的特征，具有高度晶化、优良的稳定性和良好的机械性能。
石墨相氮化碳的发现引起了广泛的研究兴趣，因为它具有许多潜在的应用领域。
首先，它具有优异的光电催化性能，能够在可见光下催化水分解产生氢气。
这对于解决能源危机和环境污染问题具有重要意义。
其次，石墨相氮化碳还具有良好的吸附性能和催化活性，可用于环境污染物的吸附和降解。
此外，它还在光伏器件、传感器、储能材料等领域具有广阔的应用前景。
现有的制备方法包括热蒸发法、溶胶凝胶法、水热法等，其中以热蒸发法制备的石墨相氮化碳具有较高的结晶度和比表面积。
然而，目前制备过程中还存在一些问题，如制备工艺复杂、产物纯度低等，需要进一步改进和优化。
综上所述，石墨相氮化碳作为一种新型的二维材料，在能源、环境和材料领域具有广泛的应用前景。
未来的研究应该着重解决制备工艺的问题，进一步优化其性能，为其应用提供更广阔的可能性。
1.2文章结构1.2 文章结构本文通过以下几个部分来详细介绍石墨相氮化碳（graphitic carbonnitride）的相关内容。
第一部分是引言，主要包括概述、文章结构以及目的。
在概述部分，将介绍石墨相氮化碳的基本背景和研究现状，为读者提供一个整体的认识。
文章结构部分将详细说明本文的章节安排和每个章节的内容，方便读者掌握整篇文章的结构。
目的部分将明确本文研究的目标和意义，为后续章节的内容提供指导。
第二部分是正文，主要包括石墨相氮化碳的定义和性质以及制备方法。
在2.1节中，将对石墨相氮化碳的定义进行详细解释，并介绍其主要的物理化学性质，如晶体结构、带隙能量等。
同时，还将探讨其在光催化、电催化和储能等领域中的应用潜力。
在2.2节中，将介绍石墨相氮化碳的制备方法，包括热聚合法、溶胶凝胶法、模板法等，并对各种制备方法的优缺点进行比较分析。
石墨相氮化碳的结构调控及增强光催化性能研究共3篇
石墨相氮化碳的结构调控及增强光催化性能研究共3篇石墨相氮化碳的结构调控及增强光催化性能研究1石墨相氮化碳的结构调控及增强光催化性能研究摘要：石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种新型的光催化剂，具有廉价、环保、稳定性好等诸多优点，因此广泛应用于水处理、气体分解、光催化降解等领域。
但其光催化性能还不够优异，因此需要进行结构调控以增强其光催化性能。
本文从结构调控、增强光催化性能两方面进行解析，探讨石墨相氮化碳的结构调控及增强光催化性能的研究进展。
关键词：石墨相氮化碳；结构调控；光催化性能一、结构调控的方式目前为止，已通过以下几种方式进行石墨相氮化碳结构调控：1. 荧光剂的掺杂荧光剂是有机分子或化合物中能发生荧光的一种物质。
将其掺杂到石墨相氮化碳材料中可以提高其光催化性能。
科研人员通过将荧光染料刚果红、罗丹明B等掺杂到石墨相氮化碳上，发现在可见光下石墨相氮化碳的光催化性能大幅提高。
2. 氮、碳的掺杂石墨相氮化碳在加工过程中一般需要掺杂氮、碳元素，现已通过合成方法实现了氮、碳的不同比例掺杂，从而改变石墨相氮化碳的结构，并获得多个不同形态的石墨相氮化碳材料。
同时通过控制掺杂比例，可以获得表面氮和体态氮两种氮掺杂模式，从而影响石墨相氮化碳的光催化性能。
3. 表面改性在石墨相氮化碳的表面进行改性也可以改变其催化性质。
例如，表面引入空穴或羟基，使石墨相氮化碳材料表面出现更多的活性官能团，提高其光催化性能。
二、增强光催化性能的方式1. 光响应范围拓宽石墨相氮化碳主要在可见光区域具有较好的光催化性能。
为了拓宽其光响应范围，应用石墨相氮化碳与其他光催化材料复合，以形成多元复合材料。
复合后，其吸收特性相互补充，不仅能吸收可见光区域的光线，还可吸收可见光以下的紫外光线，因此光催化活性大幅提高。
2. 反应机理探究深入探究石墨相氮化碳在催化反应中的机理，对其结构调控具有指导意义。
现已有学者研究表明，石墨相氮化碳的光催化作用主要是由传统的表面光化学反应和彩虹反应两种机理组合产生的。
石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢
石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢1 概述随着人类社会的快步发展，人类对能源的需求持续增长，地球储存的能源已经无法满足人类长期的发展需求。
同时化石能源的大量使用造成了环境大面积的破坏，严重威胁了人类的生存健康，寻求一种清洁高效的新能源成为能源发展的新方向。
氢能，作为一种二次能源具有着清洁，高效，热值高，原料广等优点，被认为是一种最理想的无污染绿色能源。
但是，氢在地球上主要是以化合物的形式存在，最广泛的来源就是水。
工业上往往用电解水制氢、煤炭气化制氢等方式制备氢气，都存在着能耗高，会带来污染等问题。
光催化剂是进行光解水制氢的基本要素，半导体光催化剂的催化原理可以用能带理论来解释，半导体存在着不连续的能带结构，价带和导带之间存在着具有一定宽度的禁带，当半导体光催化剂受到等于或高于其禁带宽度的光子能量的太阳光照射时，价带上的电子就会跃迁到导带上，同时在价带上产生相应的空穴，形成电子 - 空穴对。
电子、空穴在一定的作用力下迁移至粒子的表面，因其具有较强的氧化还原能力，从而使附着在粒子表面不能吸收光的物质发生氧化还原反应。
光解水制氢技术的首次提出是在 1972 年，日本东京大学的 Fujishima 教授 [1] 发现二氧化钛单晶电极经过太阳光的照射可以将水分解为氧气和氢气，直接将太阳能转化为化学能。
在这样的基础之上，各种各样的光催化剂被科学研究者们发现，本文旨在从光催化剂的角度出发，就现存的一些利用可见光解水制氢的方法进行简单的介绍以及其研究进展。
2 研究现状综述石墨相氮化碳即 g-C3N4 是一种具有优异光催化性能的非金属半导体，其组成元素是地球上含量丰富的C和N,相比于金属半导体而言成本较低。
且 g-C3N4 具有密度低、化学稳定性好、耐磨性强［2］等优点。
由于g-C3N4的禁带带宽合适，在2.7eV左右，可以吸收太阳光谱中波长小于475nm的光波，可见光可激发；且g-C3N4没有毒性，适用范围广，引起了学者们的广泛研究。
石墨相氮化碳的改性及其光催化制氢性能的研究共3篇
石墨相氮化碳的改性及其光催化制氢性能的研究共3篇石墨相氮化碳的改性及其光催化制氢性能的研究1随着能源危机的加剧和环境污染的严峻，绿色低碳能源成为当前各国共同的发展方向。
氢气作为一种清洁、环保的燃料，被广泛地应用于生产和生活中。
目前，石墨相氮化碳因具有良好的光催化性能和可控制备的特点，已成为制氢的研究热点。
石墨相氮化碳具有较低的能隙和良好的光催化性能，可使用可视光进行催化反应。
然而，由于其特殊的材料结构，如缺陷、孔道等，使得其催化活性局限于表面，从而限制了其在光催化制氢方面的应用。
因此，我们需要改性石墨相氮化碳，提高其活性表面积，增强其光催化制氢性能。
利用化学方法或物理方法改变石墨相氮化碳的结构和组分，可以提高其光催化活性和稳定性。
其中，掺杂、离子交换和微波辅助等技术在石墨相氮化碳的改性中得到了广泛应用。
例如，将掺杂不同的金属物质和接枝不同的有机分子到石墨相氮化碳的结构中，可以提高其表面活性位点的数目，增强其光吸收能力和转移电子的速率，提高其光催化制氢活性。
另外，石墨相氮化碳被广泛地应用于光解水制氢。
在该过程中，石墨相氮化碳作为光催化剂，在光照的条件下吸收能量，将水分子分解为氢气和氧气。
然而，由于石墨相氮化碳的光催化作用独特而复杂，因此需要对其光学性质、结构特征和反应机制进行深入的研究。
近年来，人们不断研究石墨相氮化碳的光催化制氢性能，并从材料、结构和功能三个方面进行了深入研究，取得了一系列显著的研究成果。
在材料方面，通过改变其表面形貌和化学组分，可以提高其光催化制氢性能，如利用不同的前体物制备不同形貌的石墨相氮化碳；在结构方面，通过改变其孔径大小、构建异质结构等方式来调节其催化性能，如采用Fe2O3包覆石墨相氮化碳来增强其催化活性；在功能方面，通过对其表面进行修饰或掺杂过渡金属或其他元素，可以改善其光催化活性和稳定性，在增强光催化制氢性能方面具有重要作用。
总之，石墨相氮化碳作为一种新型的光催化剂，具有广阔的应用前景。
石墨相氮化碳的化学合成及应用
石墨相氮化碳的化学合成及应用一、本文概述石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种新兴的二维纳米材料，自其被发现以来，已在科学界引起了广泛的关注。
本文旨在深入探讨石墨相氮化碳的化学合成方法以及其在多个领域的应用。
我们将首先概述石墨相氮化碳的基本性质，然后详细介绍其化学合成的最新进展，最后探讨其在能源转换、环境修复、生物医学等领域的应用前景。
通过对石墨相氮化碳的深入研究，我们期待能够为材料科学的发展提供新的思路和方法，同时也为实际问题的解决提供有效的材料基础。
二、石墨相氮化碳的化学合成石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构和物理化学性质，在能源转换、光催化、传感器等领域具有广泛的应用前景。
其合成方法多种多样，主要包括热缩聚法、溶剂热法、气相沉积法以及微波辅助法等。
热缩聚法：热缩聚法是最常见的制备g-C3N4的方法之一。
通常，富含氮的前驱体（如尿素、硫脲、三聚氰胺等）在高温下（如500-600℃）进行热缩聚，生成g-C3N4。
这种方法简单易行，产量大，但得到的g-C3N4往往结晶度不高，存在大量的结构缺陷。
溶剂热法：溶剂热法是一种在溶剂存在下进行热缩聚的方法。
通过选择合适的溶剂和反应条件，可以调控g-C3N4的形貌和结构。
这种方法制备的g-C3N4通常具有较高的结晶度和较大的比表面积。
气相沉积法：气相沉积法是一种在基底上直接生长g-C3N4的方法。
通过控制气相反应的条件，可以在基底上制备出高质量的g-C3N4薄膜。
这种方法制备的g-C3N4具有良好的结晶度和均匀的厚度，适用于制备大面积、高质量的g-C3N4。
微波辅助法：微波辅助法是一种利用微波加热快速合成g-C3N4的方法。
微波加热具有快速、均匀、节能等优点，可以在短时间内完成g-C3N4的合成。
这种方法制备的g-C3N4具有较高的结晶度和良好的分散性。
除了以上几种方法外，还有一些其他的合成方法，如电化学合成法等离子体法等。
石墨相氮化碳复合材料
石墨相氮化碳复合材料
石墨相氮化碳复合材料是一种将石墨相（ Graphene）和氮化碳（ Nitrogen-doped（carbon）结合的复合材料。
这种复合材料通常具有石墨相的优异导电性能和氮化碳的良好催化性能，因此在多个领域，尤其是电化学和催化领域，得到了广泛的研究和应用。
以下是一些可能的特性和应用领域：
导电性能：（石墨相具有优异的导电性能，可以提高材料的电导率。
这使得该复合材料在电极材料、电池和超级电容器等领域有着广泛的应用。
催化性能：（氮化碳部分可以提供良好的催化性能，使得复合材料在催化反应中表现出色。
这对于燃料电池、电解水制氢等能源相关应用具有潜在的重要意义。
机械性能：（石墨相的强度和刚度可以提高复合材料的力学性能，使其在结构材料和复合材料领域有一定的应用前景。
光学性能：（石墨相和氮化碳的光学性能也可能影响复合材料的性能，因此在光学和传感器等领域也可能有应用。
这种复合材料的具体性质和应用取决于石墨相和氮化碳的相对含量、制备方法以及具体的应用需求。
石墨相氮化碳复合材料的研究仍在不断发展，未来可能会有更多新的发现和应用。
改性石墨相氮化碳的制备与光催化性能研究
改性石墨相氮化碳的制备与光催化性能探究摘要：本文探究了改性石墨相氮化碳的制备与光催化性能。
起首通过改变含铁酸盐的前驱体比例来合成不同浓度的铁掺杂石墨烯氮化碳材料，然后接受氨基硅油原位水解-缩合的方法在材料表面进行硅改性。
接下来，通过控制溶剂的类型和离子强度，制备了不同形貌的石墨相氮化碳。
最后，将改性后的铁掺杂石墨烯氮化碳材料和不同形貌的石墨相氮化碳进行光催化性能测试。
结果表明，在紫外光照耀下，改性后的铁掺杂石墨烯氮化碳材料表现出更好的光催化活性和稳定性，其表面硅改性有助于增强光吸纳能力，而铁掺杂则增加了活性位点的数量。
此外，当溶剂为甲醇时，制备的石墨相氮化碳表面遮盖了更多的碳球状纳米颗粒，从而有效提高了光催化活性。
关键词：改性石墨相氮化碳，铁掺杂，硅改性，光催化性能，甲醇Abstract:In this paper, the preparation and photocatalyticperformance of modified graphene-like nitrogen-doped carbon materials were studied. Firstly, different concentrations of iron-doped graphene nitrogen carbon materials were synthesized by changing the precursor ratio containing iron salt, and then the silicon modification was carried out on the surface of the material by aminoalkylsiloxane in situ hydrolysis-condensation method. Then, by controlling the type of solvent and ionic strength, different morphologies of graphene-like nitrogen-doped carbon were prepared. Finally, the modified iron-doped graphene nitrogen carbon materials and graphene-like nitrogen-doped carbon with different morphologies were tested for photocatalytic performance.The results showed that under UV irradiation, the modified iron-doped graphene nitrogen carbon material showed better photocatalytic activity and stability. The surface silicon modification enhanced the light absorption capacity and the iron doping increased the number of active sites. In addition, when the solvent was methanol, more carbon spherical nanoparticles were covered on the surface of the prepared graphite-like nitrogen-doped carbon, which effectively improved the photocatalytic activity.Keywords: modified graphene-like nitrogen-doped carbon,iron doping, silicon modification, photocatalytic performance, methanol。
石墨相氮化碳的液相合成及光催化性能研究进展
石墨相氮化碳的液相合成及光催化性能研究进展赵艺蒙;李明;王浩;杨传锋;崔言娟【摘要】Graphitic carbon nitride is a layered material with similar to grapheme.It has become the research hotspot in the field of functional materials,for the unique energy band and electron structures. Based on the limitations of polymer materials,more and more methods have been used to optimize and modify the structure of carbon nitride.Liquid phase synthesis method with mild and changeable proper-ties is an important way to obtained graphitic carbon nitride.A major synthetic method of carbon nitride in liquid phase medium is summarized,including liquid phase electrodeposition,pulse laser ablation, and solvothermal,et al.The effects of different liquid medium and synthetic parameters on crystalline and morphology of the prepared carbon nitride was introduced.In addition,the research progress in the field of photocatalysis of carbon nitride prepared from solvothermal method was summarized.In future, the structure optimization of carbon nitride materials would be greatly enriched by liquid phase synthe-sis method to promote the in-depth research of multi-functional polymer materials.%石墨相氮化碳是类石墨层状聚合物材料,因其特殊的能带和电子结构,近年来成为功能材料研究领域的热点.液相合成法具有温和多变的特性,是石墨相氮化碳合成的重要途径.本文作者就现阶段液相介质合成氮化碳的主要方法进行了介绍,主要包括液相电沉积、脉冲激光烧蚀、溶剂热合成法等.介绍了不同液相介质和合成参数对制备氮化碳材料晶型、形貌等的影响.同时就溶剂热合成氮化碳在光催化领域的研究进展进行了总结.在未来的研究中,液相合成法将极大的丰富氮化碳材料结构优化的途径,有助于推动多功能聚合物材料的深入研究.【期刊名称】《化学研究》【年(卷),期】2018(029)001【总页数】7页(P104-110)【关键词】氮化碳;液相介质;形貌;光催化【作者】赵艺蒙;李明;王浩;杨传锋;崔言娟【作者单位】江苏科技大学环境与化学工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学环境与化学工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学环境与化学工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学环境与化学工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学环境与化学工程学院,江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】O649氮化碳是一种古老的无机物材料，其研究历史可追溯至1834年，BERZELIUS和LIEBIG[1]成功制备出melon(C6N9H3)化合物. 1922年，FRANKLIN首次提出了石墨相氮化碳的概念，预测可以通过热解melon化合物制备[2]. TETER和HEMLEY[3]对其进行了理论计算，提出五种同素异形体结构，其中由于石墨相在常温常压下最稳定，制备过程最易实现，成为科研人员研究的重点，多年来对g-C3N4的合成和结构进行了大量的探索. 2009年，王心晨课题组[4]首次将g-C3N4作为光催化剂进行了报道，并成功利用其光解水制取氢气和氧气. 这一突破性发现将这一古老的人工半导体材料重新唤醒，以g-C3N4为基础的光催化材料研究及应用得到迅速发展，在光电转化、去除环境污染物、CO2还原、光解水制氢等领域表现出优异的催化性能(图1).图1 g-C3N4的两种分子结构：三嗪环单元和七嗪环单元Fig.1 Chemical structures for g-C3N4: triazine and tri-s-triazine units近年来，诸多研究及计算性论文以及综述类文章对g-C3N4的合成方法、优化改性及其在催化/光催化领域的应用等方面进行了大量报道[5]. 纵观氮化碳的合成历史，采用液相介质合成氮化碳也是一种常用的方法. 在液相介质中合成氮化碳明显降低了合成温度，同时利用亚临界/临届状态下溶剂效应，可以制备出具有不同粒子形貌以及不同晶型的氮化碳材料. 另外，在温和的液相介质中，可以采用有机化学的合成方法，从分子水平上对氮化碳的合成进行调控，有望解决聚合物分子结构控制合成的难题. 近年来，采用液相合成法制备g-C3N4材料并应用至光催化研究领域的报道开始涌现. 这将大大的扩展聚合物半导体材料的合成及应用研究. 本文作者介绍了近年来在液相介质中制备氮化碳的研究方法，总结和比较了不同合成方法制备氮化碳材料的结构特征以及其在催化/光催化等方面的应用，以期推动聚合物类半导体材料的深入研究及应用.1 石墨相氮化碳简介理论与实验研究证明，g-C3N4是由三聚三嗪环单元组成的聚合物材料，具有类石墨的层状堆积结构，这种稳定的二维共轭结构有利于面内电子的分散及传输. 其禁带宽度约为2.7 eV，具有可见光吸收能力，是一种典型的可见光响应半导体材料. 导带和价带位置分别位于-1.3和1.4 eV vs NHE，因此从热力学上其光生电子和空穴具有相当的催化还原/氧化能力. 近年来，g-C3N4在能源转化、传感、有机合成等领域表现出优异的性能，具有较大的应用前景.尽管g-C3N4具有无毒、稳定、无污染等诸多优点，但由于聚合物材料本身较高的激子结合能，g-C3N4本身具有电子传输性差，量子效率低的不足. 因此，诸多的研究报道致力于对g-C3N4进行结构优化和改性，包括介孔化改性、表面修饰、掺杂、半导体复合等. 这些方法在不同程度上了优化了g-C3N4的结构并提高了光催化性能. 但同时也发现，这些改性方法针对g-C3N4仍具有很大的局限性. WANG 等[6]将有机分子共聚合入g-C3N4的骨架结构，分子水平上实现了π共轭结构连续可调，产氢效率提高了5倍. 所以，从分子构成上对g-C3N4进行结构优化，同时采用软模板法实现形貌控制，对g-C3N4高效性能的研究具有重要意义.2 液相介质合成氮化碳目前制备氮化碳的方法有很多，包括热聚合法、机械球磨法等. 其中，热聚合法和固相反应法是目前合成氮化碳最普遍采用的方法. 热聚合法具有简单易操作的优点，但需要在高温条件下实现(>500 ℃)，分子结构的设计和优化存在困难，合成产物通常存在大量缺陷，在结构和性能调控方面还存在一些限制. 因此，低温液相合成是氮化碳制备和改性的另一重要途径.2.1 液相电沉积法液相电沉积法由于其设备简单、操作容易等优点被应用于氮化碳薄膜的制备中. 例如，WANG等[7]以纯的含氮液体N,N-二甲基甲酰胺和丙烯腈分别作为电解液进行电沉积实验，在硅基板上分别得到α-C:H:O薄膜和氢化的非晶氮化碳α-CNx:H 薄膜，其N/C物质的量之比为0.25. 近几年液相电沉积法也应用于制备g-C3N4. CAO课题组[8]最先在Si(100)基板上，以物质的量之比为1∶1.5的C3N3Cl3和C3H6N6的饱和乙腈溶液电解沉积得到g-C3N4薄膜. 研究发现，反应体系中前驱物的物质的量之比对产物化学组成、化学键态以及结构有影响，调整前驱物的比例可以得到较高结晶度的g-C3N4 [9-10]. 另外，将液相电沉积法和模板法相结合，以SiO2纳米球修饰ITO电极，可以制备出空心球状g-C3N4[11].2.2 液相脉冲激光烧蚀法液相脉冲激光烧蚀法作为一种制备纳米材料的新型方法，已广泛应用于各种纳米材料的制备. YANG等[12-15]将石墨靶浸渍在氨水中，采用液相脉冲激光烧蚀法制备出了一系列具有不同形貌的α-C3N4和β-C3N4晶体(图2). 采用此方法自组装制备多样化氮化碳晶体的过程可以总结如下：(1)通过定向聚集使得较小的0D 纳米颗粒形成1D 纳米棒或纳米带；(2)1D纳米结构组装转化成2D碳氮化合物纳米片或3D纳米花状结构.图2 液相脉冲激光烧蚀法制备的多种氮化碳SEM图片Fig.2 SEM images of various carbon nitrides prepared from liquid pulsed laser ablation method[15]2.3 回流加热法以有机溶剂为反应介质，采用液相加热回流的方法是有机合成最常用的方法之一. 无模板存在下，ZIMMERMAN等[16]以氮化锂(Li3N)和三聚氰氯(C3N3Cl3)为原料，二甘醇二甲醚为溶剂，氮气气氛中回流加热8～48 h，得到g-C3N4空心球. 在较低温度下(0～120 ℃)，二甲基甲酰胺(DMF)为反应介质，常压回流聚合热处理，同样可以得到三嗪堆积单元形成的g-C3N4材料[17]. 储气实验表明. 尽管其比表面积并不高(10 m2/g)，但此富氮化合物具有较高的储氢容量，在室温下(< 100 bar)可达到0.34%质量比，这在新型储能材料的研究中具有重要意义.乙二胺((CH2NH2)2)和四氯化碳(CCl4)是合成氮化碳的常用氮源和碳源. 选用一定模板可以制备具有不同形貌的氮化碳材料. LU等[18]以多孔阳极Al2O3膜为模板制备出外径为100 nm，壁厚为10 nm的g-C3N4纳米管，并以此为催化剂实现了甲醇电解氧化. 此外，此方法制备的g-C3N4纳米管可以作为催化剂载体，在负载Pt之后可以实现环己烯的氢化[19]. SiO2基硬模板是最常用的模板材料，以不同的Si基分子筛为模板可以制备得出具有不同2D/3D孔结构的氮化碳材料[20-21]. 例如，VINU等[22]以SBA-15为模板制备得到二维六边形有序排列的富C介孔氮化碳(图3). 通过调整(CH2NH2)2和CCl4的质量比，可以合成出高N含量的有序介孔氮化碳[23]. 此外，氰胺类有机化合物也是常用的氮源前驱体. 以二聚氰胺/三聚氰胺和 CCl4为前驱物，不同孔径和尺寸的硅基材料为模板，可调控制备出不同尺寸和形貌的多孔氮化碳产物[24-25].图3 以SBA-15为模板制备的2D六边形有序介孔氮化碳TEM 图片Fig.3 TEM images of 2D hexagonal ordered mesoporous carbon nitride preparedwith using SBA-15 as templates2.4 溶剂热法溶剂热法可以定义为在封闭系统里极性或非极性溶剂中发生的化学反应，反应温度高于溶剂沸点[26]. 与水热法相比，非水溶剂种类多，具有高反应活性，通过控制反应参数(温度、溶剂、时间等)可以有效调控产物分子结构和粒子形貌. 溶剂热法制备氮化碳是此类聚合物材料合成的重要途径，较低的温度下进行聚合反应可以充分防止氮的流失，得到富氮产物. 同时，温和的反应条件有利于得到低缺陷、高晶度的晶体材料.以CCl4和极性含氮溶剂分别为碳源和氮源，高温高压溶剂热条件下(300～500 ℃)可制备石墨相氮化碳材料[27-28]. 非极性有机溶剂(苯、环乙烷、四氯化碳等)通常与溶质分子间作用力较弱，依靠范德华力发生溶剂化效应. 以此类溶剂为反应介质，溶剂热方法可以制备得到不同晶型的氮化碳产物[29]. 其中，苯由于其稳定的共轭结构，是溶剂热合成的优良溶剂. 富含高反应活性-Cl基团的三嗪环化合物C3N3Cl3为溶剂热合成氮化碳最常用的反应前驱物之一. 国内外研究报道表明，通过调控苯热法反应参数(温度、时间、压力等)可以制备出α,β-C3N4 纳米晶[30-33]. 以NaNH2或NaN3为N源，苯热条件下(220 ℃)可以得到g-C3N4纳米颗粒和纳米管，具有显著的光致荧光特性(图4)[34-36]. 除苯之外，以环己烷或四氯化碳(CCl4)为有机溶剂，利用溶剂分子的溶剂化作用作为控制模板剂，可以得到不同形貌的氮化碳材料，如g-C3N4纳米带、纳米管、纳米微球等[37-40]. 在非水溶剂中大多数为极性有机溶剂，因其独特的分子特性，如还原性、分子螯合等，在纳米材料合成领域被广泛使用[41-42]. 总结氮化碳材料合成史，除(CH2NH2)2外，极性有机溶剂肼(NH2NH2)、三乙胺(Et3N)、DMF等均可以被用作有机反应介质，在不同的温度范围内，溶剂热合成不同结构的g-C3N4[43-45]. 表1中为典型的溶剂热法制备g-C3N4的方法及产物.图4 苯热法制备的两端封闭的g-C3N4纳米管SEM图片Fig.4 SEM images of both ends closed g-C3N4 nanotubes prepared from benzene thermal methods表1 典型的溶剂热合成g-C3N4方法及产物Table 1 Typical methods and products of g-C3N4 synthesized form solvothermal methods作者原料溶剂反应条件产物参考文献MONTIGAUD等C3H6N6+C3N3Cl3二异丙基乙胺140MPa,250℃g-C3N4[44]LI等C3H6N6+C3N3Cl3苯自生压力,400℃g-C3N4空心球[29]LI等C3H6N6+C2H4N4CCl44.5～5MPa,290℃g-C3N4纳米带/管[39]MONTIGAUD等C3H6N6NH2NH23Gpa,800～850℃g-C3N3.36O0.14H1.24[43]DEMAZEAUGC3H6N6+C3N3Cl3Et3N130MPa,250℃g-C3N4[46]MONTIGAUD等C3H6N6+C3N3Cl3Et3N140MPa,250℃g-C3N4[47]LV等C3N3Cl3+Li3N苯5～6MPa,355℃α-C3N4/β-C3N4[32]MU等C3N3Cl3+Na环己烷自生压力,250℃g-C3N4球形粒子[48]CAO等C3N3Cl3+Na环己烷1.8MPa,230℃CN纳米管[37]ZHANG等C3N3Cl3+NaN3CCl4180℃g-C3N4[49]3 溶剂热合成氮化碳光催化剂非金属2D聚合物半导体g-C3N4作为一类全新的光催化材料，因其独特的能带结构特点及化学稳定性，近年来在光催化研究领域成为明星材料. 随着优化改性方法的不断增加，高温煅烧热聚合制备g-C3N4的一些不足逐渐显现. 因此，溶液相合成法对g-C3N4制备及优化途径的拓展显得尤为重要. 经过近几年的发展，溶剂热法合成具有光催化性能的g-C3N4的研究报道开始陆续被报道. 2012年，作者课题组[50]首次以乙腈为溶剂，在较低温度下(180 ℃)溶剂热合成出g-C3N4纳米棒. 产物由三嗪/七嗪单元共轭组成，具有宽的可见光吸收光谱(> 600 nm). 在可见光照射下，能够有效分解有机污染物，同时能够光解水制取氢气. 这一报道打破了溶剂热低温合成g-C3N4材料不具备光催化活性的界限，为低维非金属聚合物光催化材料的合成提供了新的思路. 在此基础上，本研究小组改变前驱物，在120～180 ℃下首次无模板一步法制得g-C3N4空心球，并用于光催化降解有机染料(图5)[51]. 通过简单的反应参数调控，杂原子修饰g-C3N4空心球可以通过此溶剂热方法得到. 非密闭前驱物处理过程使得O2分子容易混合入反应体系，在亚临届溶剂热反应过程中，O2分子发生活化. 通过简单的调控反应时间，可以将活化O元素掺杂入g-C3N4分子骨架. 测试结果表明，O元素的掺杂能够有效扩展可见光吸收范围，同时杂原子的参与引起电子分布不均匀，促进光生电荷的分离. 在可见光照下，改O掺杂g-C3N4材料在中性条件下能够快速去除水中重金属Cr(VI)，而且具有优异的光解水制氢活性[52].图5 (a)O掺杂g-C3N4空心球的TEM图片，(b)光吸收光谱图，(c)光催化还原Cr(VI)活性曲线Fig.5 (a) TEM images of O-doped g-C3N4 hollow spheres, (b) Optical absorption spectra, (c) Curves of photocatalytic activity for Cr(VI) reduction4 结语与展望g-C3N4作为一类特殊的富氮碳基化合物，因其特殊的半导体特性，在催化、光催化、传感等功能材料研究领域具有广泛的研究价值. 固相煅烧热聚合法虽然是目前普遍应用的g-C3N4合成法，因其较高的合成温度，对g-C3N4分子调控具有不易操作性，因此，发展低温液相合成法是实现g-C3N4分子设计和优化合成的重要途径. 在此基础上，将极大的拓展改性g-C3N4的合成及研究内容.今后，液相合成g-C3N4的研究工作可以从以下几个方面进行：1) 杂原子掺杂修饰g-C3N4的合成. 尽管固相合成法已经成功制备出杂原子修饰材料，但高温条件下所得产物通常杂原子掺杂量较低，轻质杂元素高温下易挥发. 在密闭溶剂热环境中，杂原子能够最大限度的参与反应，掺杂入g-C3N4分子骨架，起到结构调控的作用. 2) 不同方法相结合，比如微波溶剂热法等，扩展溶剂热的合成途径，提高g-C3N4的长程有序聚合度，这对优化聚合物的电荷传输效率具有重要意义.参考文献：[1] LIEBIG J. 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石墨相氮化碳能被紫外激活码
石墨相氮化碳能被紫外激活码石墨相氮化碳（简称g-C3N4）是一种新型的光催化材料，具有良好的光学性能和化学稳定性，在环境净化、水分解、CO2转化等方面具有广泛的应用前景。
其中，石墨相氮化碳能够被紫外激活码的特性，更是为其在光催化领域的应用增添了新的可能性。
一、紫外激活码紫外激活码是指一种可以通过紫外光激活并改变其化学性质的材料。
在光催化反应中，紫外激活码能够吸收紫外光能并产生富有活性的电子-空穴对，从而促进光催化反应的进行。
而石墨相氮化碳正是这样一种能够被紫外激活码的材料。
二、光催化的原理在光催化反应中，石墨相氮化碳通过吸收光能，产生电子-空穴对，并通过与底物或氧气的反应，将光能转化为化学能。
而紫外激活码的作用在于激活石墨相氮化碳，使其具有更高的光催化活性和选择性。
三、石墨相氮化碳的应用1.环境净化：石墨相氮化碳能够通过光催化氧化反应，将有害气体转化为无害物质，如将挥发性有机物（VOCs）转化为CO2和H2O，从而实现环境净化的目的。
2.水分解：石墨相氮化碳还可以作为光催化剂，促进水的光催化分解，产生氢气和氧气，为可再生能源的生产提供新的途径。
3.CO2转化：利用光催化作用，石墨相氮化碳可以将CO2转化为有机化合物，如甲醛、乙烯等，为减缓温室气体的排放和化石能源的替代提供了新思路。
四、个人观点和感悟作为一种具有广泛应用前景的光催化材料，石墨相氮化碳的能够被紫外激活码，为其在环境净化、能源生产等领域的应用提供了新的可能性。
在未来的发展中，我相信石墨相氮化碳将会成为光催化材料研究的热点，为环境保护和可持续发展作出积极贡献。
在总结回顾文章主题的过程中，我们不仅对石墨相氮化碳的紫外激活码特性有了全面深刻的了解，还对其在光催化方面的应用有了更加全面的认识。
通过对光催化原理的深入探讨，我们不仅对光催化反应的机理有了更清晰的认识，也加深了对紫外激活码的理解。
我们对石墨相氮化碳的未来发展也有了更加清晰的展望。
石墨相氮化碳作为一种新型的光催化材料，其能够被紫外激活码的特性，为其在光催化领域的应用增添了新的可能性。
石墨相氮化碳及钴掺杂石墨相氮化在环境光催化中的应用研究
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石墨相氮化碳的制备及其光催化性能的研究
学校代码：10255学号：2131347DONGHUA UNIVERSITY硕士学位论文石墨相氮化碳的制备及其光催化性能的研究Preparation and Photocatalytic Properties of Graphite phaseCarbon Nitride专业:环境工程作者：史振涛导师：许士洪（副教授）完成日期：2015年5月东华大学硕士学位论文答辩委员会成员名单东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。
所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。
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学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月石墨相氮化碳的制备及其光催化性能的研究摘要近年来，半导体光催化技术得到了快速的发展。
聚合物半导体石墨相氮化碳（g-C3N4）因其无毒、催化活性高、氧化能力强、且具有优异的化学稳定性和独特的电子能带结构、不含金属组分等优点而得到广泛研究。
但是由于聚合物的材料特性，将g-C3N4作为光催化剂还存在如比表面积小、光生电子-空穴复合严重、量子效率低和禁带宽度较大而不能有效利用太阳光等严重制约其在能源、环境光催化领域的大规模推广应用的问题。
因此，为了更好的利用太阳光，对g-C3N4进行制备优化及改性以得到较高可见光响应的光催化剂是非常必要的。
氮化碳基光催化材料的制备及性能
氮化碳基光催化材料的制备及性能一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严峻，寻找高效、清洁的能源转换和存储技术已成为科学研究的重点。
光催化技术作为一种能够利用太阳能进行化学反应的绿色环保技术，受到了广泛的关注。
氮化碳（C3N4）作为一种新型的非金属半导体光催化材料，因其独特的电子结构和良好的化学稳定性，在光催化领域展现出了巨大的应用潜力。
本文旨在深入探讨氮化碳基光催化材料的制备方法、表征手段以及其在光催化反应中的性能表现。
我们将首先介绍氮化碳的基本性质和研究背景，然后详细阐述各种制备氮化碳基光催化材料的方法，包括物理法、化学法以及新兴的模板法等。
随后，我们将通过一系列的实验数据和表征结果，分析氮化碳基光催化材料的结构、光学性质以及光催化性能。
我们将讨论氮化碳基光催化材料在实际应用中的前景和挑战，以期为未来光催化技术的发展提供有益的参考。
二、氮化碳基光催化材料的制备氮化碳（C3N4）作为一种非金属半导体光催化材料，在光催化领域展现出了巨大的应用潜力。
其独特的电子结构和稳定性使其成为光催化反应的理想选择。
氮化碳基光催化材料的制备过程通常包括前驱体的选择、热缩聚反应以及后续的改性处理等步骤。
选择合适的前驱体是制备氮化碳基光催化材料的关键。
常用的前驱体包括尿素、硫脲、三聚氰胺等富含碳、氮元素的有机物。
这些前驱体在热缩聚过程中能够发生缩聚反应，形成氮化碳的基本结构。
接下来，通过热缩聚反应将前驱体转化为氮化碳基光催化材料。
这一过程中，前驱体在高温下发生热解和缩聚，形成氮化碳的纳米结构。
通常，热缩聚反应需要在惰性气体保护下进行，以防止材料在制备过程中被氧化。
反应温度、时间和气氛等参数对氮化碳的结构和性能具有重要影响，因此需要进行精确控制。
为了进一步提高氮化碳基光催化材料的性能，还需要进行后续的改性处理。
常见的改性方法包括元素掺杂、表面修饰和构建复合结构等。
元素掺杂可以通过引入其他元素来调节氮化碳的电子结构和能带结构，从而提高其光催化活性。
gC3N4光催化性能的研究进展
gC3N4光催化性能的研究进展一、本文概述1、介绍gC3N4的基本性质和应用背景。
石墨相氮化碳（gC3N4）是一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构和物理化学性质，在光催化领域引起了广泛关注。
gC3N4具有类似于石墨烯的层状结构，但其组成元素为碳和氮，而非石墨烯中的纯碳。
这种结构赋予了gC3N4良好的化学稳定性和独特的光学特性。
在光照条件下，gC3N4能够有效吸收光能并转化为化学能，从而驱动光催化反应的发生。
近年来，随着环境污染问题的日益严重和能源需求的不断增长，光催化技术作为一种高效、环保的能源转换和污染物治理手段，受到了广泛研究。
gC3N4作为一种性能优异的光催化剂，在光解水产氢、有机物降解、二氧化碳还原等方面展现出巨大的应用潜力。
gC3N4还具有原料来源广泛、制备工艺简单、成本低廉等优点，使得其在光催化领域的应用前景十分广阔。
因此，对gC3N4光催化性能的研究不仅有助于推动光催化技术的发展，也为解决当前的环境和能源问题提供了新的思路和方法。
本文将对gC3N4光催化性能的研究进展进行综述，以期为相关领域的研究提供参考和借鉴。
2、阐述光催化技术的重要性和gC3N4在光催化领域的研究意义。
光催化技术，作为一种高效、环保的能源转换方式，近年来受到了广泛的关注和研究。
该技术利用光能激发催化剂产生电子-空穴对，进而驱动氧化还原反应的发生，实现光能向化学能的转换。
这种技术不仅可以在太阳能利用、环境治理、有机物合成等领域发挥重要作用，而且对于推动可持续发展和绿色化学的发展具有重要意义。
在众多光催化剂中，石墨相氮化碳（gC3N4）因其独特的结构和性质，成为了光催化领域的研究热点。
gC3N4是一种非金属半导体材料，具有合适的禁带宽度、良好的化学稳定性和丰富的表面活性位点，这些性质使得gC3N4在光催化领域具有广阔的应用前景。
gC3N4的制备原料丰富、成本低廉，且制备方法多样，这为其在实际应用中的推广提供了有力支持。
石墨相氮化碳结构(3篇)
第1篇一、石墨相氮化碳的结构1. 分子结构石墨相氮化碳的分子式为C3N4，由碳和氮原子以共价键结合而成。
其分子结构呈层状，类似于石墨。
每个碳原子与3个氮原子形成共价键，而每个氮原子与3个碳原子形成共价键。
层与层之间通过范德华力相互作用，使得石墨相氮化碳具有良好的层状结构。
2. 原子结构在石墨相氮化碳中，碳原子主要位于石墨层中，而氮原子则位于石墨层上。
碳原子以sp2杂化形式存在，形成六边形蜂窝状结构。
氮原子具有孤对电子，可以与碳原子形成共轭体系。
这种共轭体系使得石墨相氮化碳具有独特的能带结构。
3. 能带结构石墨相氮化碳的能带结构分为价带、导带和禁带。
价带和导带之间的能量差为1.9eV，禁带宽度为0.4eV。
这种能带结构使得石墨相氮化碳具有良好的光电性质，可以用于光催化和光电器件等领域。
二、石墨相氮化碳的性质1. 光电性质石墨相氮化碳具有宽禁带和良好的光吸收性能，对可见光具有良好的吸收能力。
这使得其在光催化、光电器件等领域具有广泛应用前景。
2. 电化学性质石墨相氮化碳具有良好的电化学活性，可以作为电极材料应用于电池、超级电容器等电化学储能器件。
3. 热稳定性石墨相氮化碳具有较好的热稳定性，在高温下仍能保持其结构完整性。
4. 环境稳定性石墨相氮化碳具有良好的化学稳定性，对酸、碱、氧化剂和还原剂等化学物质具有较强的抗腐蚀性。
三、石墨相氮化碳的制备方法1. 氮化法氮化法是将石墨与氮源（如氨、尿素等）在高温下反应，生成石墨相氮化碳。
该方法制备的石墨相氮化碳具有较厚的层间距，有利于提高其光吸收性能。
2. 水热法水热法是在高温、高压条件下，将石墨与氮源在水溶液中反应，生成石墨相氮化碳。
该方法制备的石墨相氮化碳具有较薄的层间距，有利于提高其催化活性。
3. 化学气相沉积法化学气相沉积法是在高温、低压条件下，将氮气与碳源（如甲烷、乙烷等）在反应室内反应，生成石墨相氮化碳。
该方法制备的石墨相氮化碳具有较好的均匀性和可控性。
g-C3N4薄膜材料的用途分析
g-C3N4薄膜材料的⽤途分析⽯墨相氮化碳(g-C3N4)是⼀种新型的⾮⾦属n型半导体光催化材料，因其具有良好的化学稳定性、结构和性能易于调控、原材料成本低易合成、独特的⼆维层状结构和良好的可见光响应⽽备受关注，是⼀种很有前途的催化材料和能源应⽤型光催化剂。
其结构中的C和N原⼦以sp2杂化形成⾼度离域的π共轭体系。
g-C3N4的禁带能量约为2.7 eV，吸收边约为460 nm，可以吸收可见光。
但⽬前常见的块状g-C3N4具有⽐表⾯积⼩、光⽣载流⼦复合过快、可见光吸收范围窄以及量⼦效率低等不⾜，致使其光催化性能仍有缺陷。
相关研究⼈员也通过多种⽅式对g-C3N4进⾏改性和优化研究，以提⾼可见光催化性能。
三聚氰胺是⼀个三嗪（三个氮作为杂原⼦的苯）的结构，每个碳上的氢被⼀个氨基取代。
之所以以前在奶粉中掺杂三聚氰胺，是看重了其⾼含氮量与价格低廉的优点。
g-C3N4是通过三聚氰胺等聚合⽽成的，商业上⽤来做涂层，也被报道是⼀种很好的储氢材料。
近年来发现这种结构的特殊的材料并不简单，其N原⼦与C原⼦之前有π电⼦云的重叠，形成⼀个⼤的⼆维平⾯π共轭结构（虽然N的杂化是三⾓锥型的，但其与C的共轭使其处于同⼀平⾯，具有⼀定的张⼒），层与层之间通过C、N极性的相互吸引⽽具有较强的稳定性（不像⽯墨烯全是C、C相互作⽤）。
这种⼤π电⼦云相互作⽤使其成为⼀种带隙较窄的半导体，是⼀种很好的光吸收剂。
当光照射到其上，电⼦会从基态激发到激发态，产⽣空⽳和光⽣电⼦。
在助催化剂作⽤下，空⽳可以起氧化作⽤，光⽣电⼦可以起还原作⽤，从⽽可以应⽤到如CO2还原、光催化分解⽔等领域。
当前C3N4薄膜⽅⾯的⽂献还⽐较少，⽬前⾼性能材料如III-V族半导体可实现⾼效太阳能到化学能的转换，但稳定性和⾼成本是存在的问题。
可持续性材料有的吸光性差，如TiO2，有的传导性差，如Fe2O3. 对于光阳极来讲，⽬前BiVO4因其相对较强的太阳光吸收和较好的载流⼦传到成为其中的佼佼者。
石墨相氮化碳的费米能级
石墨相氮化碳的费米能级1. 引言1.1 石墨相氮化碳简介石墨相氮化碳是一种具有优异电学性能和光学性能的二维材料，其结构类似于石墨烯，但在少量氮原子的掺杂下，使得材料中出现了大量氮元素。
这种结构的引入不仅增加了材料的活性和表面化学活性，也改变了其电子结构和导电性能。
石墨相氮化碳因其独特的氮掺杂结构，具有良好的导电性和光学性能，被广泛应用于光电器件、传感器等领域。
石墨相氮化碳的制备方法多样，通常通过热解气相沉积、化学气相沉积等方法制备得到。
其结构特点包括具有类似石墨烯的六角晶格结构，同时含有大量氮原子掺杂在碳原子的晶格中，形成了N-C-N的结构单元。
这种结构使得石墨相氮化碳在电学性能和光学性能上有所突出，具有很大的应用潜力。
石墨相氮化碳是一种具有独特结构和优异性能的材料，其在光伏应用中具有重要的意义，同时石墨相氮化碳的研究也对其费米能级的测量和调控提出了挑战和机遇。
【2000字】2. 正文2.1 石墨相氮化碳的结构特点石墨相氮化碳是一种由碳和氮元素构成的二维材料，具有类似石墨烯的结构特点。
其晶格结构呈现出类似石墨烯的六角形晶格，但通过氮原子的掺杂，使得石墨相氮化碳具有不同于石墨烯的电子性质。
氮原子的引入改变了晶格的排列方式，导致石墨相氮化碳具有一定的半导体性质。
在石墨相氮化碳的结构中，氮原子的掺杂可以发生在石墨烯的碳原子间隙中，也可以替代碳原子形成氮碳杂化物。
这种氮掺杂的方式可以调节石墨相氮化碳的电子结构，进而影响其电导率和光学性质。
石墨相氮化碳的结构中还存在着一定的缺陷和杂质，这些缺陷也会对其电子性质产生影响。
石墨相氮化碳的结构特点主要体现在其二维晶格结构和氮原子掺杂方式上。
这些结构特点决定了石墨相氮化碳的电子性质和导电性能，使其成为一种具有潜在应用价值的新型材料。
在未来的研究中，将进一步探究石墨相氮化碳的结构特点与其功能性质之间的关系，为其在光伏等领域的应用提供理论基础。
2.2 石墨相氮化碳的费米能级测量方法石墨相氮化碳的费米能级是指在能带结构中，能量处于费米能级的电子能量状态。
石墨相氮化碳的结构调控及其可见光催化性能研究
１ 实验部分
在上述条件下，不加添加剂制备的样品为石墨
基金项目：内蒙古自治区自然科学基金资助项目（２０１９ＭＳ０２０２３）；内蒙古科技大学优秀青年基金资助项目（２０１８ＹＱＬ０１）；内蒙古科技 大学创新基金资助项目（２０１７０２８）． 作者简介：胡子敬（１９９８－），男，内蒙古科技大学硕士研究生 通讯作者：ｅｍａｉｌ：ｓｊｌ２０１０００４＠ｉｍｕｓｔ．ｃｎ 收稿日期：２０１９－１０－１５
１．１ 药品和仪器
本实验所需药品均为分析纯 三聚氰胺、硫脲 （上海阿拉 丁 生 化 科 技 股 份 有 限 公 司 ）；尿 素、柠 檬
酸、无水乙醇、甲基橙（天津市风船化学试剂科技有 限公司）；醋酸 （天津市翔宇化工工贸有限责 任 公 司）
ＱｕｉｎｔｉｘＳＱＰ电子 天 平 （赛 多 利 斯 科 学 仪 器 （北 京）有限公司 ），７９１磁 力 加 热 搅 拌 器 （北 京 科 伟 永 兴仪器有限公司），ＳＢ５２００ＤＴＤ超声波清洗机（宁 波新芝生物科技股份有限公司），ＳＤＬＡＢ１２０１圣德 利超纯水机 （重庆市 奥 凯 龙 医 疗 器 械 研 究 有 限 公 司），１０１３ＡＢ电热鼓风干燥箱（天津市泰斯特仪器 有限公司），马弗炉（北京独创科技有限公司）
２０２０年 ３月 第 ３９卷第 １期
内蒙古科技大学学报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
石墨相氮化碳
石墨相氮化碳
石墨相氮化碳（Graphitic Carbon Nitride，g-C3N4）是一种二维层状材料，由C和N元素构成，具有类似石墨的晶体结构和半导体特性。
该材料具有高稳定性、热稳定性、光催化活性和可控性等优良特性，因此在光催化、储能等领域有广泛的应用前景。
g-C3N4是由脲分子（melamine）等前体物高温聚合生成的，具有光催化性能，可转化太阳光、可见光为化学能，用于污水净化、CO2还原、光电催化和光电化学储氢等领域。
此外，g-C3N4还具有多级孔结构和导电性能，可用于锂离子电池的负极材料、超级电容器、电催化等领域。
总的来说，g-C3N4作为一种新型二维半导体材料，在能源、环境、电化学等领域有着广泛的应用前景。
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1. 引言
2008年
N C
王心晨
1. 引言
e-
Ef 2.7 eV
h+
优点：非金属半导体、原料丰富价格低、带隙合适、化学稳定且无毒 缺点：比表面积比较低、有限的可见光吸收、光生载流子易复合
2. g-C3N4的合成制备
主流方法：热聚合——简单、快捷、大批量 其他方法：CVD、溶剂热——复杂、耗时、产量低
3. g-C3N4材料改性
I. g-C3N4的剥离
石墨
石墨烯
Bulk g-C3N4
g-C3N4 nanosheet
0.9-2.1 nm 3-6 layers
3. g-C3N4材料改性
II. 元素掺杂
金 属 元 素：Fe、Cu、Zn、Ni等 非金属元素：O、P、S、B、I、F等
P
133.1 eV
CB
2. g-C3N4的合成制备
Templates: SiO2 AAO CaCO3
ionic liquids surfactants
hollow nanospheres
rous
nanorod
nanoflower
3. g-C3N4材料改性
目的： 增加比表面积
增加可见光吸收范围
抑制光生电子-空穴的简单复合
4. g-C3N4的应用领域
III. CO2还原
目标产物的选择性取决于g-C3N4的纳米结构设计以及能带位置的构建
5.展望
a) 开发可量产的剥离方法来制备单（几）层g-C3N4纳米片 b) 寻找有效的水分解及CO2还原助催化剂，尤其是非贵金属助催化剂 c) 提高光催化反应的量子产率 d) 将氮化碳的应用拓展到传感器、生物成像以及光电器件等领域
4. g-C3N4的应用领域
II. 光降解污染物/杀菌
水相中
NO、NO2
NO3-
Cr(VI)
H+ ·OH
Pollutants Degradation products
OHPollutants
·OH Degradation products
Cr(III) Bacterial Disinfection
2. g-C3N4的合成制备
1.
2.
3.
Cyanamide Dicyanamide
Melamine
Tri-s-triazine
2. g-C3N4的合成制备
4.
5.
Urea
Thiourea
异原子
Urea : 58 m2/g Thiourea: 18 m2/g Dicyanamide: 10 m2/g
石墨相氮化碳（g-C3N4）材料简介
➢ 引言 ➢ g-C3N4的合成制备 ➢ g-C3N4的材料改性 ➢ g-C3N4的应用领域 ➢ 展望
1. 引言
1967
TiO2 光解水示意图
Fujishima
1. 引言
常见半导体在pH=0时的禁带宽度以及与标准氢电极电位、真空能 级的相对位置
带隙较宽——对可见光响应弱或无响应 （如TiO2、ZnO） 带隙较窄——部分光腐蚀现象严重（如CdS） 均含有过渡金属元素
Midgap states
2.68 eV
2.2 eV
VB
3. g-C3N4材料改性
III. 有机分子共聚
嘧啶
噻吩
吡啶
3. g-C3N4材料改性
IV. 构建异质结
与其他半导体
与金属
与光敏剂
4. g-C3N4的应用领域
I. 光解水
2008: 100μmol/h/g
2019: >10mmol/h/g