石墨相氮化碳的制备及其光催化性能的研究
石墨相氮化碳的制备与光催化性能
石墨相氮化碳的制备与光催化性能李龙飞;姜代旬;潘凤丹;刘廓;杜芳林;曲晓飞;尹正茂【摘要】石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种半导体材料,它的禁带宽度约为2.7 eV,具有优异的物理和化学稳定性,并且其原料来源广泛,无毒,廉价,可以应用于产氢、降解有机染料及CO2的还原等领域.本研究以尿素为原料制备了g-C3 N4,研究了热聚合温度、反应时间对制备的g-C3N4光催化降解罗丹明B性能的影响,并考察了对甲基橙、亚甲基蓝等不同染料的光催化降解效果.结果表明:石墨相氮化碳对于罗丹明B和亚甲基蓝的降解效果较好(3h之内几乎完全降解),而对于甲基橙几乎没有降解效果;随着聚合温度的提高(600℃以下),反应时间的延长(9 h以内),产物的光催化降解染料的效果越好.【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(040)002【总页数】6页(P36-41)【关键词】石墨相氮化碳;尿素;光催化降解【作者】李龙飞;姜代旬;潘凤丹;刘廓;杜芳林;曲晓飞;尹正茂【作者单位】青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TQ129随着化石能源的枯竭和生态环境的破坏，能源短缺和环境污染问题引起了人们的高度重视。
各种合成染料生产过程中产生的废液和废料，对环境产生了严重威胁[1-2]。
在这些污染中，对环境威胁最大的部分是每年在世界范围内产生近7 000万t 的各种染料[3-4]，而这些有机染料即使极低的浓度(0.001 mg·L-1)也会对人们造成严重的健康危害。
染料敏化的石墨相氮化碳的合成及其光催化性能研究
合， 合成 了染料敏化 的复合光催化剂 ＭＲ — ｇ — Ｃ Ｎ ， 并 以甲基橙 （ Ｍ０ ） 为模型污染物 ， 探讨 了ＭＲ敏化对其光催化 活 性 的影响 。实验结果表 明 ： 通过 ＭＲ敏化能拓 宽 ｇ — Ｃ ， Ｎ 对可见光 的吸收 ， 提升其对可见光 的吸 收效率 ， 从而 提高 其对 ＭＯ的降解效率 。 关键词 ： 氮化碳 ； 光催化 ； 氧化降解 ； 染料敏化
的研究 前沿 和发 展方 向 。
尿素、 甲基红、 甲基橙 、 乙醇等均为分析纯。 光 降解反 应装 置 （ 定制， 含５ ０ ０ Ｗ 汞灯 ） 、
Ｘ ’ Ｐ Ｅ Ｒ Ｔ Ｐ Ｏ ＷＤ Ｅ Ｒ Ｘ射线衍射仪 （ 帕纳科 ） 、 Ｃ ａ ｒ ｙ ５ ０
紫外 一 可见分光光度计 （ 美 国安捷伦 ） 、 Ｆ Ｔ — Ｉ Ｒ ２ ０ ０
第２ ２ 卷第４ ５ １ ２ ０ １ ６ 年８ 月
江 苏 理 工 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｊ Ｉ ＡＮＧＳ Ｕ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ⅡＩ Ｙ ＯＦ ＴＥＣ ＨＮＯＬ ＯＧＹ
Ｖｏ １ ． ２ ２ ， Ｎｏ ． ４ Ａｕ ｚ ． ．２ ０ １ ６
染料敏化 的石 墨相氮化碳 的合成 及其光催化性 能研 究
在ｇ — Ｃ Ｎ 样 品的谱 图 中， 出现 了２ 个 明显 的衍射
峰： 最 强 峰 出现在 ２ ｅ 为２ ７ ． ４ 。处 ， 归属于ｇ — Ｃ ， Ｎ 的 （ ０ ０ ２ ） 晶面 ； 而在 ２ ０ 为 １ ３ ． ０ 。处的峰对应于 ｇ — Ｃ Ｎ
面 的光 催化 性 能 的方 法 。
年来 ， 利用半导体材料降解有机物 ， 成为解决环境
污染 问题的重要途径。１ ９ ７ ６ 年， Ｃ ａ ｒ ｅ ｙ 等将 Ｔ ｉ Ｏ ： 用
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。
石墨相氮化碳复合光催化剂的制备及其光催化性能的研究进展
石墨相氮化碳复合光催化剂的制备及其光催化性能的研究进展吴丹;王椰;李梦瑶;张继宾【摘要】石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种非金属可见光光催化剂被广泛应用于能源及材料领域，其具有独特的半导体能带结构且化学性质稳定、无毒。
本文从材料制备及其光催化领域应用的角度，综述了近年来国内外同行在g-C3N4研究中取得的一些成果及进展。
【期刊名称】《当代化工研究》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】2页(P124-125)【关键词】石墨相氮化碳;材料制备;光催化【作者】吴丹;王椰;李梦瑶;张继宾【作者单位】[1]沈阳化工大学,辽宁110142;;[1]沈阳化工大学,辽宁110142;;[1]沈阳化工大学,辽宁110142;;[1]沈阳化工大学,辽宁110142【正文语种】中文【中图分类】Tg-C3N4作为一种新型非金属材料，具有化学性质稳定，耐磨性好，热稳定性高，无毒无害等优点。
作为可见光光催化剂，g-C3N4是一种良好的半导体材料，其禁带宽度为2.7eV，可以吸收波长小于475nm的太阳光。
g-C3N4是一种环境友好的碳材料，长期以来备受人们的关注。
g-C3N4的制备方法主要有物理法和化学法。
其中主要包括固相合成法、热分解法、电化学沉积法、热溶剂法等。
(1)固相合成法固相合成法一般选用三聚氰胺、三聚氰氯为前驱体，Zhang等以三聚氰胺作为碳源，在500～600℃、1～1.5GPa的条件下，与三聚氰氯发生反应，制备了结晶度良好的g-C3N4。
(2)热分解法热分解法制备g-C3N4通常以尿素、三聚氰胺等为前驱体，在高温下，通过多步缩聚反应，聚合形成淡黄色至黄色固体。
Wang等将10g三聚氰胺置于具有盖子的氧化铝坩埚中，然后以3℃/min的升温速率加热至550℃，在该温度下反应4小时，冷却至室温制得g-C3N4。
(3)电化学沉积法Li等以三聚氰胺乙腈和三聚氰氯为前驱体，以摩尔比1:1.5的比例将三聚氰氯和三聚氰胺乙腈饱和溶液作沉积液，在Si衬底上做电化学沉积，从而得到了g-C3N4薄膜。
石墨相氮化碳光催化材料简介及性能
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
《石墨相氮化碳光催化材料的结构调控及光解水性能研究》范文
《石墨相氮化碳光催化材料的结构调控及光解水性能研究》篇一一、引言随着环境问题与能源短缺问题的日益突出，寻找可再生且环保的能源成为科学研究的重点。
其中，光催化技术以其高效、环保的优点在太阳能利用和污染治理方面显示出巨大的潜力。
而石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种新型的光催化材料，其独特的结构与性能引起了科研人员的广泛关注。
本文将就石墨相氮化碳光催化材料的结构调控及其光解水性能进行深入研究。
二、石墨相氮化碳的结构特性石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种由碳和氮元素组成的二维层状材料，其结构类似于石墨。
在g-C3N4中，碳和氮原子通过sp2杂化形成共轭π键网络，具有较高的电子迁移率和良好的化学稳定性。
此外，其多孔的层状结构有利于光生电子和空穴的传输和分离，从而提高光催化性能。
三、结构调控方法为了进一步提高g-C3N4的光催化性能，需要对材料进行结构调控。
本文将介绍以下几种常见的结构调控方法：1. 元素掺杂：通过引入其他元素（如硫、磷等）来调节g-C3N4的电子结构和光学性质。
掺杂元素可以引入新的能级或缺陷态，从而提高光吸收能力和光生载流子的分离效率。
2. 形貌调控：通过改变g-C3N4的形貌（如纳米片、纳米球等）来优化其光催化性能。
不同形貌的g-C3N4具有不同的比表面积和光吸收能力，从而影响其光催化活性。
3. 复合其他材料：将g-C3N4与其他具有优异光催化性能的材料（如金属氧化物、硫化物等）进行复合，形成异质结或共混体系，以提高光生载流子的分离效率和传输速率。
四、光解水性能研究g-C3N4作为一种光催化材料，具有优异的光解水性能。
通过结构调控，可以进一步提高其光解水性能。
本文将介绍g-C3N4在光解水方面的应用及性能表现：1. 光解水制氢：g-C3N4能够吸收太阳能并激发出光生电子和空穴，其中光生电子具有还原性，可以与水中的氢离子反应生成氢气。
通过结构调控提高g-C3N4的光吸收能力和载流子分离效率，可以进一步提高其光解水制氢的性能。
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。
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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石墨相氮化碳的改性及光催化降解有机污染物的研究
石墨相氮化碳的改性及光催化降解有机污染物的研究石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种新型的光催化材料，在环境污染治理方面备受关注。
然而，纯净的g-C3N4材料在一些特定条件下存在一些不足，导致其应用受到一定限制。
因此，通过对g-C3N4材料进行改性，可以提高其光催化活性，同时还可以拓宽其光催化应用的范围。
一种常见的改性方法是掺杂。
例如，通过掺杂金属离子，可以引入额外的能级，改变g-C3N4的能带结构和电子结构，从而提高光催化性能。
金属离子如铜、铜等的掺杂可以增强g-C3N4材料的可见光吸收能力，提高光催化降解有机污染物的效率。
另外，掺杂非金属元素如硼、硅、磷等也可以改善g-C3N4的光催化活性。
这些非金属掺杂元素能够改变材料的禁带宽度和表面活性位点的数量，从而提高材料的催化性能。
此外，通过复合材料的制备方法可以进一步提高g-C3N4的光催化性能。
与其他催化材料如二氧化钛（TiO2）、锌氧化物（ZnO）等的复合制备能够实现协同效应，提高整体光催化性能。
例如，将g-C3N4与金属氧化物（如Fe2O3、Bi2O3等）复合制备，可以增加活性位点的数量，提高光催化降解有机污染物的效率。
此外，g-C3N4还可以与其他材料如二维材料、纳米粒子等复合，实现掺杂效应，从而进一步提高光催化降解性能。
在光催化降解有机污染物方面，石墨相氮化碳通过捕捉光能并将其转化为活性物种如电子和空穴，从而实现有机污染物的氧化降解。
此外，光催化过程中空穴还可以与水和氧反应生成羟基和羟基自由基，从而进一步促进有机污染物的降解。
其光催化降解性能主要取决于光吸收能力、载流子分离和传输效率以及光生活性物种的产生等方面。
近年来，通过对g-C3N4的改性研究，已取得了一些重要的进展。
然而，现有的研究主要集中在材料的制备和光催化性能的表征上，对于其机理研究和实际应用仍然存在一定的不足。
因此，在未来的研究中，应该进一步探索g-C3N4的光催化机制，开发新的改性方法，提高材料的光催化降解性能。
石墨相氮化碳在光催化海水提铀中的应用研究
石墨相氮化碳在光催化海水提铀中的应用研究石墨相氮化碳在光催化海水提铀中的应用研究近年来，随着能源需求的不断增长和传统能源的日益枯竭，人们对于新型清洁能源的研究与开发越发引起了广泛的关注。
铀作为清洁能源的一个重要组成部分，其储量丰富，储备量较大，因此被广泛用于核能发电和核武器制造中。
而尽管海水中含有大量的铀资源，但由于铀浓度极其稀薄，并且与其他海水成分之间的相互干扰，目前提取铀的方法相对复杂且成本较高，因此急需寻找一种简便高效的提铀技术。
近年来，石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种新型纳米材料，因其特殊的结构和优异的光电化学性能，受到了广泛的研究。
石墨相氮化碳在光催化领域具有许多独特的优势，例如可见光响应、较高的光电转化效率、良好的化学稳定性和环境友好性等。
这使得石墨相氮化碳在海水提铀领域具有巨大的应用潜力。
首先，石墨相氮化碳在可见光催化海水中提取铀具有良好的光响应特性。
相比于其他传统的纳米光催化材料，石墨相氮化碳材料对于可见光的吸收效果更好，可见光波长范围相对较广。
这使得石墨相氮化碳能够更有效地利用可见光能量，将其转化为电子能，促进海水中铀的催化还原。
其次，石墨相氮化碳具有较高的光电转化效率。
石墨相氮化碳由于其特殊的电子结构，可实现光生电子-空穴对的高效分离和传输。
这种高效的电子-空穴对分离，能够显著提高光催化过程中的反应效率，从而实现铀的高效提取和回收。
此外，石墨相氮化碳材料具有良好的化学稳定性。
相比于其他材料，石墨相氮化碳在海水中的稳定性较高，不易发生腐蚀和溶解。
这使得石墨相氮化碳在长时间的光催化过程中，能保持良好的光催化活性和稳定性，实现持续高效的海水提铀。
此外，石墨相氮化碳材料还具有环境友好性。
石墨相氮化碳的制备过程相对简单，无需耗费大量的能源和资源。
而且，在光催化反应过程中，石墨相氮化碳产生的副产物对环境的污染较小，不会对周围生态系统产生严重的影响。
总体来说，石墨相氮化碳在光催化海水提铀中的应用具有广泛的研究前景。
《熔融盐法制备石墨相氮化碳的结构调控及其光催化活性研究》范文
《熔融盐法制备石墨相氮化碳的结构调控及其光催化活性研究》篇一摘要：本研究针对熔融盐法制备石墨相氮化碳（g-C3N4）进行了系统的结构调控及其光催化活性的研究。
通过调整制备过程中的关键参数，成功实现了对g-C3N4的微观结构的有效调控，进而提升了其光催化性能。
本文详细阐述了实验设计、制备过程、结构分析以及光催化性能的评估，为石墨相氮化碳的进一步应用提供了理论依据和实验支持。
一、引言石墨相氮化碳（g-C3N4）因其独特的电子结构和化学稳定性，在光催化领域具有广阔的应用前景。
然而，其实际应用效果受到其结构特性的限制。
通过结构调控可以显著提升其光催化活性。
目前，熔融盐法因其简单易操作和可实现大批量生产的特点，在制备g-C3N4中得到了广泛应用。
本研究旨在通过调整熔融盐法制备过程中的关键参数，实现对g-C3N4的结构调控，并研究其光催化活性的变化。
二、实验材料与方法1. 材料准备：选用合适的氮源和碳源作为原料，如三聚氰胺、尿素等；熔融盐则选用常见的盐类如氯化钠、硫酸钠等。
2. 熔融盐法制备：在高温条件下，将原料与熔融盐混合，通过热处理过程使原料发生缩合反应，生成g-C3N4。
3. 结构调控：通过调整热处理温度、时间、原料与盐的比例等参数，实现对g-C3N4的结构调控。
4. 结构与性能分析：利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对样品的结构进行表征；通过光催化实验评估其光催化活性。
三、结果与讨论1. 结构表征：通过XRD分析发现，随着热处理温度的升高或时间的延长，g-C3N4的晶型逐渐完善，结晶度提高；SEM和TEM分析表明，适当调整原料与盐的比例可以调控g-C3N4的形貌，使其呈现出更加均匀的纳米片层结构。
2. 光催化活性评估：通过在可见光下降解有机污染物（如甲基橙）的实验，发现经过结构调控的g-C3N4具有更高的光催化活性。
其中，在适当的热处理温度和时间下，以及合适的原料与盐的比例下制备的g-C3N4表现出最佳的光催化效果。
g-C3N4基光催化剂的制备及性能的研究
g-C3N4基光催化剂的制备及性能的研究g-C3N4基光催化剂的制备及性能的研究近年来，随着环境污染和能源危机的日益加剧，人们对环境友好和高效能源转化技术的需求与日俱增。
因此，研究开发一种高效的光催化剂成为了科学家们的研究焦点之一。
g-C3N4（石墨相氮化碳）因其良好的光催化性能而备受关注，可以用来降解有害物质、产生氢气或二氧化碳还原等。
g-C3N4基光催化剂的制备方法主要有热处理法、因子法、溶胶-凝胶法、冷冻干燥法等。
其中，热处理法是制备g-C3N4最常见的方法之一。
首先，选择适当和廉价的前驱体（如尿素），通过热聚合反应形成含有大量三氮（C3N4）键的大分子聚合物。
然后，将聚合物在高温条件下进行热分解，生成g-C3N4晶体。
这种方法具有简单、经济的优势，但由于热解条件的限制，得到的g-C3N4往往具有较低的比表面积和较大的颗粒粒径。
研究者们还通过导入不同的掺杂元素，如硫、铁和硼等，来改善g-C3N4的光催化性能。
掺杂能够引入新的能带，扩宽g-C3N4的光响应范围，增强电子和空穴的分离效率。
此外，选择合适的载体材料也可以提高g-C3N4的催化活性。
由于g-C3N4的特殊结构，它在水中的分散性较差。
因此，在制备g-C3N4光催化剂时，通常采用混合材料的形式，例如将g-C3N4与TiO2、ZnO或二氧化硅等载体相结合。
这些载体材料可以提供更大的比表面积和更好的分散性，从而促进光催化剂的光吸收和催化反应效率。
除了制备方法的改进，研究者们还注意到了g-C3N4的光催化机理和提高催化性能的策略。
g-C3N4在光照条件下可以产生电子-空穴对，其中电子和空穴分别参与催化反应中的还原和氧化过程。
因此，提高g-C3N4的分离效率是提高光催化性能的关键。
研究发现，调控杂质浓度和晶体结构可以有效地改善g-C3N4光生载流子的分离效率。
此外，结构修饰和表面修饰也是提高g-C3N4光催化活性的重要途径。
例如，g-C3N4的表面可通过改性和修饰来引入更多的催化活性位点，提高催化剂的催化活性和稳定性。
类石墨相氮化碳的改性与光催化性能
通过优化反应条件，可以进一步提高类石墨相氮化碳的光催化性能。
04
类石墨相氮化碳的改性与光催化性能关系
探讨
改性对光催化性能的影响机制
改性方法
采用不同的改性方法，如化学气相沉积、溶液法等，可 以改变类石墨相氮化碳的微观结构和性质，从而对其光 催化性能产生影响。
表面修饰
通过表面修饰，如添加金属、非金属元素或离子，可以 改变类石墨相氮化碳的电子结构和表面活性，进而影响 其光催化性能。
结构调控
通过调控类石墨相氮化碳的结构，如控制层数、孔径等 ，可以优化其光催化性能。
光催化性能提升的潜在原因分析
增强光吸收
改性后的类石墨相氮化碳可能具有更宽的光吸收范围，从而提高 其对光的利用率。
《类石墨相氮化碳的改性与光催化 性能》
xx年xx月xx日
目录
• 类石墨相氮化碳的合成与制备 • 类石墨相氮化碳的改性研究 • 类石墨相氮化碳的光催化性能研究 • 类石墨相氮化碳的改性与光催化性能关系探讨
01
类石墨相氮化碳的合成与制备
合成方法概述
固相法
将含氮前驱体在高温下进行固相 反应，是制备类石墨相氮化碳的 一种常用方法。
气相法
将含氮前驱体在高温下进行气相 反应，制备得到类石墨相氮化碳 。
溶液法
在溶剂中合成类石墨相氮化碳， 通常将含氮前驱体溶解在有机溶 剂中，再通过控制反应条件合成 类石墨相氮化碳。
实验原料与设备
实验原料
主要包括含氮前驱体、碳源、催化剂等。
实验设备
高温炉、真空干燥箱、球磨机、光催化反应装置等。
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。
《熔融盐法制备石墨相氮化碳的结构调控及其光催化活性研究》范文
《熔融盐法制备石墨相氮化碳的结构调控及其光催化活性研究》篇一摘要：本研究聚焦于采用熔融盐法制备石墨相氮化碳（g-C3N4），并对其结构进行调控，以提升其光催化活性。
通过实验，我们详细探讨了不同制备条件对石墨相氮化碳结构的影响，并对其光催化性能进行了系统评价。
本文首先介绍了石墨相氮化碳的背景及研究意义，随后详细描述了实验方法、结果与讨论，最后总结了研究成果与展望。
一、引言石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种新型的光催化材料，因其良好的化学稳定性、热稳定性和光催化性能而备受关注。
然而，其光催化性能受制于其结构特性，如比表面积、孔隙结构以及能带结构等。
因此，如何通过有效的制备方法对石墨相氮化碳的结构进行调控，以提高其光催化活性，成为当前研究的热点。
二、熔融盐法制备石墨相氮化碳熔融盐法是一种新型的制备石墨相氮化碳的方法。
该方法通过在高温下利用熔融盐体系中的离子相互作用，促进氮源与碳源的反应，从而制备出具有特定结构的石墨相氮化碳。
本实验中，我们采用该方法制备了石墨相氮化碳，并探讨了不同制备条件对其结构的影响。
三、结构调控及光催化性能评价1. 结构调控：通过调整熔融盐的组成、反应温度和时间等参数，我们成功调控了石墨相氮化碳的微观结构，包括比表面积、孔隙结构和能带结构等。
2. 光催化性能评价：我们通过光催化降解有机污染物实验，评价了不同结构石墨相氮化碳的光催化性能。
实验结果表明，经过结构调控的石墨相氮化碳具有更高的光催化活性。
四、结果与讨论1. 结构表征：利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段，对制备的石墨相氮化碳进行了结构表征。
结果表明，通过熔融盐法可以成功制备出具有特定结构的石墨相氮化碳。
2. 光催化性能分析：实验数据显示，经过结构调控的石墨相氮化碳在光催化降解有机污染物方面表现出更高的活性。
这主要归因于其优化的能带结构、增大的比表面积和改善的孔隙结构等。
此外，我们还发现，在特定条件下制备的石墨相氮化碳具有优异的光稳定性。
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
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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。
论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。
本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在年解密后适用本版权书。
本学位论文属于不保密□。
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。
在本论文中，作者通过2种简单温和的方法制备出了在可见光下有较好光催化活性的石墨相氮化碳（g-C3N4）光催化剂。
同时，结合XRD、UV-Vis、SEM、TEM、BET、TGA等实验手段，研究了不同制备条件对g-C3N4光催化剂的结构及催化性能的影响。
结果如下：1、以双氰胺为原料，通过改变煅烧时间及煅烧温度制备g-C3N4光催化剂。
XRD结果表明在一定温度区间内随着煅烧温度的升高g-C3N4的结晶度先变好后变差。
UV-Vis的结果表明制备的g-C3N4光催化剂吸收边在460 nm左右。
实验还研究了不同煅烧温度、时间对g-C3N4光催化性能的影响，并初步探究了其催化机理。
可见光下降解甲基橙的结果表明，550℃煅烧240 min时，g-C3N4光催化剂具有最佳催化活性。
在2.5 h内，对甲基橙的降解率可达86.2%。
2、以三聚氰氯和三聚氰胺为原料乙腈为溶剂，制备了g-C3N4纳米棒光催化剂。
XRD结果表明所制备的光催化剂为石墨相结构且随着温度的升高样品的结晶度先变好后变差。
SEM结果表明所制备的纳米棒直径约25nm，长1μm。
UV-Vis的结果表明样品的吸收边随着温度、时间的增加而红移。
可见光下降解甲基橙的实验结果表明，200℃保温48h时，g-C3N4光催化剂具在2.5 h内对甲基橙的降解率可达99.7%。
3、以双氰胺代替三聚氰胺，制备了g-C3N4纳米球光催化剂。
UV-Vis结果表明制备的光催化剂样品具有优异的可见光活性。
SEM 和TEM结果表明所制备的光催化剂多数为纳米球且直径约200nm。
可见光下降解甲基橙的实验结果表明，200℃保温36h时，g-C3N4光催化剂2.5 h内对甲基橙的降解率可达99.8%。
关键词：g-C3N4；光催化剂；双氰胺，三聚氰氯，三聚氰胺，可见光PREPARATION AND PHOTOCATALYTIC PROPERTIES OF GRAPHITE PHASE CARBON NITRIDABSTRACTThe semiconductor photocatalytic technology has been developed rapidy in recent years. Graphite phase carbon nitride (g-C3N4), a metal-free photocatalyst has been drawn much attention because of its non-toxic、high catalytic activity、excellent chemical stability, and the unique advantages of electronic band structure. But due to the material properties of the polymer, the g-C3N4photocatalyst has some problems, such as small specific surface area, recombination of generated electron-hole serious, low quantum efficiency and larger band gap, inefficiency use of solar etc, which restrict its application in energy and environmental photocatalysis. Therefore, in order to make a better use of sunlight, preparing g-C3N4 optimized and modified to obtain a higher visible light responsive is necessary.In this paper, graphite phase carbon nitride (g-C3N4) was prepared by two kinds of simple methods. Meanwhile, XRD、UV-Vis、SEM、TEM、BET、TGA and other experimental methods were used to study the effects of different preparation conditions on the structure and catalytic properties of g-C3N4. Some conclusions have been made as follows:(1) A metal-free photocatalyst g-C3N4with layer structure was prepared by calcining dicyandiamide, showing high visible-light photocatalytic activity for the degradation of methyl orange in water. X-ray diffractometer (XRD)、scanning electron microscope (SEM) and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) were used to characterize the structure of photocatalyst g-C3N4. The results indicate that the photocatalyst is graphite-like carbon nitride and the size of the particles is about 5-7 nm. The spectrum of UV-vis absorption indicates that the absorption edge of the g-C3N4 was 460 nm，corresponding to the band gap energy of 2.7 eV. The degradation experiments of methyl orange in water show that its degradation efficiency can reach 86.2% in 2.5 h. The photocatalytic mechanism experiments indicate that h+and • O2- play a major role in the degradation of methyl orange in water.(2) A photocatalyst g-C3N4 with nanorod morphology was prepared by hydrothermal in acetonitrile with cyanuric chloride and melamine. X-ray diffractometer (XRD), scanning electronmicroscope (SEM) and UV-Visible diffuse reflectance spectroscopy（UV-Vis）were used to characterize the structure of photocatalyst g-C3N4. The results indicate that the width and length of g-C3N4nanorod are about 25nm and 1μm. Absorption edge of the g-C3N4is about 650nm, corresponding to the bandgap energy of 1.91 eV. The degradation experiments of methyl orange show that its degradation efficiency can reach 99.7% in 2.5h.(3) Dicyandiamide was used to instead of melamine to prepare graphite phase carbon nitride nanosphere. The results of analysis indicate that the photocatalyst is graphite phase carbon nitride and the size of the nanoball is about 200nm. The spectrum of UV-Vis absorption indicates that the absorption edge of the g-C3N4is 590nm, corresponding to the bandgap energy of 2.1 eV. The degradation experiments of methyl orange show that its degradation efficiency can reach 99.8% in 2.5h.Shi Zhentao（Environmental Engineering）Supervised by Xu Shihong KEY WORDS:g-CN4; photocatalyst; dicyandiamide; cyanuric chloride;melamine;3visible light目录摘要 (I)ABSTRACT..................................................................................................................................... I II 第一章绪论. (1)1.1 半导体光催化简介 (1)1.1.1 半导体光催化研究的背景 (1)1.1.2 半导体光催化的机理 (2)1.2 光催化活性影响因素 (3)1.2.1 光催化剂的性质 (3)1.2.2 光催化活性影响的外界因素 (4)1.3 半导体光催化材料的研究现状 (6)1.3.1 金属离子掺杂 (6)1.3.2 非金属离子的掺杂 (6)1.3.3 表面修饰 (7)1.3.4 表面敏化 (7)1.3.5 复合光催化剂 (8)1.4 特殊结构g-C3N4纳米光催化剂的发展 (10)1.4.1 硬模板法 (11)1.4.2 软模板法 (11)1.4.3 非模板法 (11)1.5 g-C3N4的应用 (12)1.5.1 反应前驱物 (12)1.5.2 催化剂载体和储能材料 (12)1.5.3 氧还原催化剂 (13)1.5.4 有机反应催化剂 (13)1.6 光催化技术目前面临的问题及其选题思路 (14)1.7 课题研究背景及意义 (14)1.8 课题研究内容 (15)1.9 课题研究方法 (16)第二章固相反应法制备g-C3N4光催化剂 (17)2.1 引言 (17)2.2 实验部分 (17)2.2.1 实验材料 (17)2.2.2 实验仪器 (18)2.2.3 g-C3N4光催化剂的制备 (18)2.2.4 催化剂的表征 (18)2.2.5 光催化活性的测定 (20)2.3 结果与讨论 (21)2.3.1 XRD分析 (21)2.3.2 TGA分析 (22)2.3.3 UV-Vis 吸收光谱 (23)2.3.4 SEM、HRTEM和BET比表面积分析 (24)2.3.5 光催化活性分析 (25)2.3.6 催化机理分析 (27)2.4 本章小结 (28)第三章g-C3N4纳米棒的制备及其光催化性能的研究 (29)3.1 引言 (29)3.2 实验部分 (29)3.2.1实验材料 (29)3.2.2 实验仪器 (29)3.2.3 g-C3N4的制备 (29)3.2.4 样品光催化活性的测定 (30)3.2.5 甲基橙溶液的吸光度与浓度的关系 (30)3.3 结果与讨论 (31)3.3.1 XRD分析 (31)3.3.2 SEM分析 (32)3.3.3 UV-Vis分析 (33)3.3.4 BET比表面积分析 (33)3.3.5 光催化活性分析 (34)3.4 本章小结 (35)第四章g-C3N4纳米球的制备及其光催化性能的研究 (36)4.1 引言 (36)4.2 实验部分 (36)4.2.1实验材料 (36)4.2.2 实验仪器 (36)4.2.3 g-C3N4的制备 (36)4.2.4 样品光催化活性的测定 (37)4.2.5 甲基橙溶液的吸光度与浓度的关系 (37)4.3结果与讨论 (37)4.3.1 XRD分析 (37)4.3.2 SEM和TEM分析 (39)4.3.3 TGA分析 (39)4.3.4 UV-Vis分析 (40)4.3.5 BET比表面积分析 (41)4.3.6 光催化活性分析 (41)4.4 本章小结 (43)第五章结论与展望 (44)5.1 结论 (44)5.1.1 固相反应法 (44)5.1.2 溶剂热法 (44)5.2 展望 (45)参考文献 (46)攻读学位期间的研究成果 (54)致谢 (55)第一章绪论当今世界经济的飞速发展给人们的生活带来了很多的便利，也促进了人类社会文明的发展。