铵盐辅助法制备石墨相氮化碳及其同型异质结复合材料的光催化性能

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。

铵盐辅助双氰胺制备g-C3N4及其光催化性能的研究铵盐辅助双氰胺制备g-C3N4及其光催化性能的研究近年来，g-C3N4作为一种新型的光催化剂备受研究者的关注。

然而，制备高效的g-C3N4仍然是一个挑战。

本研究通过添加铵盐作为辅助剂，以双氰胺为前驱体制备高性能的g-C3N4，并对其光催化性能进行了系统研究。

首先，我们采用简单的热聚合方法在氮气保护下制备了g-C3N4。

将尿素和三硝基三氲合固含硫氰酸铵混合并在550℃下煅烧3小时得到了黄色的g-C3N4样品。

为了研究不同铵盐对g-C3N4性能的影响，我们添加了不同种类和不同摩尔比的铵盐，并比较了它们与纯g-C3N4的光催化性能。

结果表明，在铵盐的作用下，所合成的g-C3N4样品的光催化活性得到了显著提高。

其中，硫氰酸亚铜盐是最有效的铵盐辅助剂，它在铵盐和g-C3N4的热解过程中起到了催化剂的作用。

接下来，我们对不同条件下合成的g-C3N4样品进行了表征。

X射线衍射（XRD）结果显示所有样品都具有g-C3N4的典型衍射峰。

扫描电子显微镜（SEM）图像显示样品呈片状结构，并具有不同程度的孔隙结构。

透射电子显微镜（TEM）进一步证实了样品的片状结构，颗粒大小在10-20纳米之间。

紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）结果显示，添加铵盐后的g-C3N4样品在可见光范围内具有更强的吸收能力。

在光催化性能评价中，我们选择了亚甲基蓝（MB）作为模型反应物。

实验结果显示，添加铵盐后的g-C3N4样品对MB的降解速率更高。

在紫外光照射下，添加硫氰酸亚铜盐的g-C3N4样品在20分钟内可将MB的降解率提高到90%以上。

进一步的光电化学性能测试结果显示，添加铵盐的g-C3N4样品具有更好的光生电子-空穴分离效率和电子传输性能。

此外，我们还通过盐酸金还原试验评估了样品的光生电子传输性能，结果显示添加铵盐的g-C3N4样品的电子传输速率更快。

在本研究中，我们成功地制备了具有优异光催化性能的g-C3N4材料，并证明了铵盐的辅助作用对于提高g-C3N4的催化效能是十分重要的。

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。

石墨相氮化碳的结构与光催化性能作者：杨玉蓉王佳慧刘宇飞来源：《牡丹江师范学院学报（自然科学版）》2022年第03期摘要：阐述石墨相氮化碳的合成、在光催化领域中的应用、改性与形貌控制，展望其在光催化领域面临的机遇和挑战.关键词：石墨相氮化碳;光催化;改性[中图分类号]TK91;O644.1[文献标志码]A文章编号：1003-6180（2022）03-0035-04Structure and Photocatalytic Properties of Graphitic Carbon NitrideYANG Yurong，WANG Jiahui，LIU Yufei（School of Science，Heihe University，Heihe 164300，China）Abstract：The synthesis，application，modification and morphology control of graphite-phase carbon nitride in photocatalysis were reviewed，and the opportunities and challenges in photocatalysis field were proposed.Key words：graphitic carbon nitride;photocatalysis;modification工业化的迅速发展导致全球对能源的需求急剧增加.日益增长的能源需求和逐渐恶化的环境问题成为全球可持续发展的巨大挑战.将太阳能转化为可再生能源成为解决能源和环境问题的有效策略.可见光诱导的半导体光催化技术被广泛研究.在众多光催化剂中，石墨相氮化碳因具有较高的物理化学稳定性和独特的電子能带结构等优点而备受关注.石墨相氮化碳稳定性高、成本低、绿色环保，在光催化产氢领域被广泛应用.然而，由于电导率低、载流子复合率高、光吸收效率低，石墨相氮化碳的光催化性能并不理想.本研究对石墨相氮化碳的结构、合成、在光催化领域中的应用、改性与形貌控制进行了分析，展望了光催化领域存在的机遇和挑战.1石墨相氮化碳的合成石墨相氮化碳作为一种可见光催化剂，通常由含有氮的前驱体直接缩合来合成，可以采用对尿素、硫脲、三聚氰胺等富氮的前驱体进行热处理来制备.前驱体材料和制备条件是影响石墨相氮化碳物理化学性质的关键因素，这些因素严重影响了石墨相氮化碳的C/N比、比表面积、孔隙率、吸收边缘及其微观结构.石墨相氮化碳的合成过程是加聚和缩聚的组合：单氰胺分子在约203 °C和234 °C温度下缩合为双氰胺和三聚氰胺，接着进入除去氨的冷凝阶段，大约335 °C时，合成三聚氰胺产物.进一步加热到约390 °C，3s-三嗪单元通过三聚氰胺的重排形成.520 °C，聚合的石墨相氮化碳通过单元进一步冷凝产生.在600 °C以上变得不稳定，超过700 °C，石墨相氮化碳会转化成氮和氰基碎片消失.石墨相氮化碳的独特性质和化学结构受反应气氛的强烈影响.反应气氛能够诱导无序结构、缺陷以及碳和氮空位的产生.缺陷对于多相催化反应是必不可少的，它们可以作为反应物分子的活性位点，通过在价带和导带之间引入其他能级来改变电子能带结构，以增强可见光吸收.半导体中的缺陷和晶格无序可以形成中间态，通常称为带尾态，用于激发电子-空穴对和光催化剂的光学响应.[1-2]无序缺陷的另一个优点是存在更多的俘获位点以阻止光生载流子的复合.具有介孔特征的石墨氮化碳是一种非常有希望的非金属催化剂，除了具有大的比表面积和结晶孔壁，还显示出独特的半导体特性.介孔的形成和比表面积的提高能够调整氮化碳的物理化学性质，从而提升材料的光催化性能.制备石墨相氮化碳的新方法包括超声分散技术、软模板法、化学功能化技术和酸性溶液浸渍法.使用软模板方法形成介孔阵列是通过协同构建两亲表面活性剂和客体物质来实现的.有机模板的成分及其性质对于产生介孔结构至关重要.因此，它们通常被认为是结构导向剂，该方法通常在水热环境中进行，可通过蒸发诱导自组装实现.2石墨相氮化碳在光催化领域中的应用在众多的光催化剂中，石墨相氮化碳由于成本低、制备工艺简单受到了人们的广泛关注.[3-5]石墨相氮化碳具有独特的二维结构，层间的弱范德华力使其具有片状石墨特征，使得每层中的原子排列成具有强共价键的蜂窝状结构，从而形成具有π共轭的类石墨平面构型，进而能够迅速的传输光生载流子.[6-9]石墨相氮化碳的禁带宽度为2.7 eV，最大吸收边为460 nm，能够吸收太阳光谱的部分可见光，具有热稳定性、生物相容性、环保性和耐腐蚀的优点.[10]石墨相氮化碳的价带由N2p轨道构成，导带由N2p和C2p 轨道杂化而成，它具有适当的价带和导带电位，满足光催化产氢、产氧的条件，在光催化领域中被广泛应用.已经开发了大量高效的光催化活性的石墨相氮化碳基纳米材料，其异质结具有出色的光解水制氢性能.石墨相氮化碳作为一种非金属金属和可见光响应的催化剂，在污染物降解中有广阔的应用前景.石墨相氮化碳的光催化降解反应可分为两类：污染物的气相降解，有机污染物和有毒离子的液相去除.二维石墨相氮化碳异质结作为光催化剂在CO2还原中受到广泛关注.石墨相氮化碳的导带底满足CO2还原半反应，能够实现光催化CO2还原.CO2光还原过程不仅仅是一步反应，它涉及质子参加的多电子反应过程，能够产生多种产物.从热力学角度看，CO2通过获得多个（二、四、六、八）电子和氢自由基，依次还原生成气态和液态烃，依次为HCOOH（液态）、CO （气态）、HCHO（液态）、CH3OH（液态）到CH4（气态）.光催化消毒是另一个值得关注的方向.与传统的消毒方法（如臭氧法、氯化法和紫外线法）相比，光催化消毒具有高效、无毒和稳定的特点，是解决这一问题的新选择.3石墨相氮化碳光催化剂的改性与形貌控制由于N2p和C2p轨道的杂化，石墨相氮化碳表现出严重的光生载流子复合.此外，它的光吸收效率低，这些因素极大地限制了其光催化活性的提高.为了提高石墨相氮化碳的光催化活性，研究人员采用了多种策略来提高石墨相氮化碳的光催化活性，如元素和分子掺杂、缺陷引入、界面调控、贵金属负载、有机物复合、与光敏材料和导电材料形成异质结以及合成石墨相氮化碳基同质结.[11]非金属或阴离子的掺杂导致石墨相氮化碳的带隙变窄，从而增强光捕获能力.这是由于杂质的引入，形成了局域态，并将价带顶的位置提高，由此缩小了带隙，增加了光吸收.此外，非金属的掺杂也会导致π电子的离域效应，能够增强材料的电导率、光生载流子的迁移率和电子-空穴对分离率.从动力学和热力学的角度来看，价带宽度对空穴的迁移率起着重要作用，因为宽度越大，空穴的迁移率越高，从而导致更好的氧化效果.价带宽度的增加，需要阴离子或非金属掺杂剂在材料中均匀分布.共掺杂或多个原子的掺杂也是一种很有前途的方法，它可以更有效地调节石墨相氮化碳的带隙.多原子共掺杂能够显著提高石墨相氮化碳的光催化活性.空位也会提高石墨相氮化碳的光吸收，影响它的光催化能力，充当发生反应物吸附、活化以及电子捕获的特定位点，有效地调控材料的能带结构.[12-13]在石墨相氮化碳内引入氮空位能够减小带隙，在石墨相氮化碳中引入碳空位为光生电荷载流子的快速转移提供了活性位点和扩散通道，提高石墨相氮化碳的光吸收，降低光生载流子的复合.将石墨相氮化碳与其他非金属材料、碳基材料、聚合物和分子聚合也是提高其光催化活性的有效方法.石墨相氮化碳和氧化石墨烯复合的纳米材料是通过浸渍和化学还原的组合工艺制备的，石墨烯起到了导电通道的作用，从而有效地分离光生载流子.将MOF材料与石墨相氮化碳复合能够有效提高石墨相氮化碳的光催化活性.石墨相氮化碳与有机分子结合能够有效提高光催化性能，用低负电性分子掺杂剂取代氮原子有利于电子转移，从而提高电导率并抑制光生载流子的复合.增强的电子共轭体系显著地降低了石墨相氮化碳的带隙，导致吸收峰发生红移.由于石墨相氮化碳的电子结构很大程度上由其富电子共轭骨架决定，有机化合物（包括有機分子、有机聚合物和MOFs）与石墨相氮化碳的结合为扩展芳香族聚醚共轭体系提供了可能，实现了对其固有结构特性的调整，例如缩小其带隙以促进光吸收和电荷传输.[14-15]构建异质结或同质结也是增强电荷分离的有效策略.将石墨相氮化碳和其他半导体复合会产生能带偏移，从而在界面处感应出内置电场，实现光生电荷载流子的反向传输.同型异质结已被广泛用于非金属光催化剂.目前，研究人员已经采用了多种策略来制备石墨相氮化碳同质结光催化剂，这些石墨相氮化碳同质结光催化剂显示了良好的光催化活性.控制纳米结构也会导致石墨相氮化碳的化学、物理和光学性质发生改变，调整氧化还原位点的数量、电子和空穴到达活性位点的扩散距离，对提高石墨相氮化碳的性能至关重要.近年来，许多学者深入研究了光催化产氢与石墨相氮化碳形态之间的关系，开发了量子点、一维纳米线、纳米棒、纳米纤维、纳米管、二维纳米片.[16-17]合成石墨相氮化碳的过程中添加造孔剂，通过热缩聚成功制备了多孔石墨相氮化碳，这些多孔石墨相氮化碳的光催化活性和稳定性均得到很大提高.研究人员通过在NH3气氛下对块状石墨相氮化碳进行热处理，开发了具有大量平面内孔和大量碳空位的多孔石墨相氮化碳纳米片，平面内孔赋予石墨相氮化碳具有许多边界，减少了范德华相互作用以减轻严重的聚集，但也暴露了额外的活性边缘和扩散路径，极大地加速了光生电子-空穴的传输和扩散.[18]由于面内孔丰富，石墨相氮化碳的合理改性可以同时实现载流子的有效传输、分离、转移和利用，以及高效的光吸收，这是开发新一代性能优异光催化剂的基础.总之，作为研究最广泛的光催化剂之一，石墨相氮化碳具有可调谐的电子能带结构、化学稳定性、低成本等优异的特性.然而，氮原子的高电负性增加了共轭体系的缺陷，导致石墨相氮化碳的电子利用率和电导率下降，从而对其光催化活性产生不利影响.尽管迄今为止已经取得了一些令人振奋的成果，但石墨相氮化碳杂化复合材料的效率和稳定性仍远未达到大规模应用的要求.在未来的研究中需要深入挖掘光催化反应机理，更好地设计石墨相氮化碳基有机光催化剂，进一步提高材料的稳定性.开发剥离石墨相氮化碳，探索均匀的单层或多层纳米片的新方法，实现更高的太阳能转化效率.开发价格低廉、绿色环保、具有较高的化学稳定性的石墨相氮化碳基光催化剂，并应用到工业领域中，仍然是一个挑战.参考文献[1]桑娜，任玉兰，王雪，等.Bi/BiOBr光催化剂的合成及性能研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2019 （04）：46-49.[2]汪鹏生，李洋，李甲地.水热法制备TiO2/MoS2纳米球光催化剂及其光催化性能研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2017（04）：37-39.[3]孙志明，李雪，马建宁，等.类石墨氮化碳/伊利石复合材料的制备及其可见光催化性能[J].复合材料学报，2018，35（06）：1558-1565.[4]胡金娟，马春雨，王佳琳，等.Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4纳米复合材料的制备及可见光催化性能[J].复合材料学报，2020，37（06）：1401-1410.[5]曹雪娟，单柏林，邓梅，等.Fe掺杂g-C3N4光催化剂的制备及光催化性能研究[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2019，38（11）：52-57.3石墨相氮化碳光催化剂的改性与形貌控制由于N2p和C2p轨道的杂化，石墨相氮化碳表现出严重的光生载流子复合.此外，它的光吸收效率低，这些因素极大地限制了其光催化活性的提高.为了提高石墨相氮化碳的光催化活性，研究人员采用了多种策略来提高石墨相氮化碳的光催化活性，如元素和分子掺杂、缺陷引入、界面调控、贵金属负载、有机物复合、与光敏材料和导电材料形成异质结以及合成石墨相氮化碳基同质结.[11]非金属或阴离子的掺杂导致石墨相氮化碳的带隙变窄，从而增强光捕获能力.这是由于杂质的引入，形成了局域态，并将价带顶的位置提高，由此缩小了带隙，增加了光吸收.此外，非金属的掺杂也会导致π电子的离域效应，能够增强材料的电导率、光生载流子的迁移率和电子-空穴对分离率.从动力学和热力学的角度来看，价带宽度对空穴的迁移率起着重要作用，因为宽度越大，空穴的迁移率越高，从而导致更好的氧化效果.价带宽度的增加，需要阴离子或非金属掺杂剂在材料中均匀分布.共掺杂或多个原子的掺杂也是一种很有前途的方法，它可以更有效地调节石墨相氮化碳的带隙.多原子共掺杂能够显著提高石墨相氮化碳的光催化活性.空位也會提高石墨相氮化碳的光吸收，影响它的光催化能力，充当发生反应物吸附、活化以及电子捕获的特定位点，有效地调控材料的能带结构.[12-13]在石墨相氮化碳内引入氮空位能够减小带隙，在石墨相氮化碳中引入碳空位为光生电荷载流子的快速转移提供了活性位点和扩散通道，提高石墨相氮化碳的光吸收，降低光生载流子的复合.将石墨相氮化碳与其他非金属材料、碳基材料、聚合物和分子聚合也是提高其光催化活性的有效方法.石墨相氮化碳和氧化石墨烯复合的纳米材料是通过浸渍和化学还原的组合工艺制备的，石墨烯起到了导电通道的作用，从而有效地分离光生载流子.将MOF材料与石墨相氮化碳复合能够有效提高石墨相氮化碳的光催化活性.石墨相氮化碳与有机分子结合能够有效提高光催化性能，用低负电性分子掺杂剂取代氮原子有利于电子转移，从而提高电导率并抑制光生载流子的复合.增强的电子共轭体系显著地降低了石墨相氮化碳的带隙，导致吸收峰发生红移.由于石墨相氮化碳的电子结构很大程度上由其富电子共轭骨架决定，有机化合物（包括有机分子、有机聚合物和MOFs）与石墨相氮化碳的结合为扩展芳香族聚醚共轭体系提供了可能，实现了对其固有结构特性的调整，例如缩小其带隙以促进光吸收和电荷传输.[14-15]构建异质结或同质结也是增强电荷分离的有效策略.将石墨相氮化碳和其他半导体复合会产生能带偏移，从而在界面处感应出内置电场，实现光生电荷载流子的反向传输.同型异质结已被广泛用于非金属光催化剂.目前，研究人员已经采用了多种策略来制备石墨相氮化碳同质结光催化剂，这些石墨相氮化碳同质结光催化剂显示了良好的光催化活性.控制纳米结构也会导致石墨相氮化碳的化学、物理和光学性质发生改变，调整氧化还原位点的数量、电子和空穴到达活性位点的扩散距离，对提高石墨相氮化碳的性能至关重要.近年来，许多学者深入研究了光催化产氢与石墨相氮化碳形态之间的关系，开发了量子点、一维纳米线、纳米棒、纳米纤维、纳米管、二维纳米片.[16-17]合成石墨相氮化碳的过程中添加造孔剂，通过热缩聚成功制备了多孔石墨相氮化碳，这些多孔石墨相氮化碳的光催化活性和稳定性均得到很大提高.研究人员通过在NH3气氛下对块状石墨相氮化碳进行热处理，开发了具有大量平面内孔和大量碳空位的多孔石墨相氮化碳纳米片，平面内孔赋予石墨相氮化碳具有许多边界，减少了范德华相互作用以减轻严重的聚集，但也暴露了额外的活性边缘和扩散路径，极大地加速了光生电子-空穴的传输和扩散.[18]由于面内孔丰富，石墨相氮化碳的合理改性可以同时实现载流子的有效传输、分离、转移和利用，以及高效的光吸收，这是开发新一代性能优异光催化剂的基础.总之，作为研究最广泛的光催化剂之一，石墨相氮化碳具有可调谐的电子能带结构、化学稳定性、低成本等优异的特性.然而，氮原子的高电负性增加了共轭体系的缺陷，导致石墨相氮化碳的电子利用率和电导率下降，从而对其光催化活性产生不利影响.尽管迄今为止已经取得了一些令人振奋的成果，但石墨相氮化碳杂化复合材料的效率和稳定性仍远未达到大规模应用的要求.在未来的研究中需要深入挖掘光催化反应机理，更好地设计石墨相氮化碳基有机光催化剂，进一步提高材料的稳定性.开发剥离石墨相氮化碳，探索均匀的单层或多层纳米片的新方法，实现更高的太阳能转化效率.开发价格低廉、绿色环保、具有较高的化学稳定性的石墨相氮化碳基光催化剂，并应用到工业领域中，仍然是一个挑战.参考文献[1]桑娜，任玉兰，王雪，等.Bi/BiOBr光催化剂的合成及性能研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2019 （04）：46-49.[2]汪鹏生，李洋，李甲地.水热法制备TiO2/MoS2纳米球光催化剂及其光催化性能研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2017（04）：37-39.[3]孙志明，李雪，马建宁，等.类石墨氮化碳/伊利石复合材料的制备及其可见光催化性能[J].复合材料学报，2018，35（06）：1558-1565.[4]胡金娟，马春雨，王佳琳，等.Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4纳米复合材料的制备及可见光催化性能[J].复合材料学报，2020，37（06）：1401-1410.[5]曹雪娟，单柏林，邓梅，等.Fe掺杂g-C3N4光催化剂的制备及光催化性能研究[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2019，38（11）：52-57.。

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、引言随着全球能源需求的增长和环境污染的加剧，寻找高效、环保、可持续的能源转换和存储技术已成为科研领域的重要课题。

其中，光催化技术因其能够利用太阳能进行水的分解产生氢气等清洁能源，具有巨大的应用潜力。

石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种新型的光催化材料，因其独特的结构和良好的化学稳定性，在光催化领域受到了广泛关注。

本文旨在研究石墨相氮化碳光催化材料的结构调控及其光解水性能，为光催化技术的发展提供理论支持和实践指导。

二、石墨相氮化碳的结构特性石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种具有类石墨层状结构的二维材料，其结构由C-N共价键构成。

这种材料具有优良的化学稳定性、热稳定性和机械强度，且其带隙适中，适合于可见光区的光吸收。

此外，g-C3N4表面含有丰富的氨基和氮缺陷等活性位点，有利于光生电子和空穴的转移和分离。

三、结构调控方法为了优化g-C3N4的光催化性能，需要对材料进行结构调控。

常见的调控方法包括元素掺杂、形貌控制、缺陷引入等。

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。

例如，硫掺杂可以扩大g-C3N4的光响应范围，提高光生电子和空穴的分离效率。

2. 形貌控制：通过控制g-C3N4的形貌（如纳米片、纳米球等）来优化其光催化性能。

例如，纳米片结构的g-C3N4具有更大的比表面积和更多的活性位点，有利于光催化反应的进行。

3. 缺陷引入：通过引入缺陷（如氮空位等）来调节g-C3N4的电子结构和光学性质。

缺陷可以作为光生电子和空穴的捕获中心，提高光生载流子的分离效率。

四、光解水性能研究经过结构调控的g-C3N4光催化材料具有优异的光解水性能。

在可见光照射下，材料能够吸收光能并产生光生电子和空穴。

这些光生电子和空穴具有强还原性和氧化性，能够分解水分子产生氢气和氧气。

此外，经过结构调控的g-C3N4还具有较高的光生电子和空穴的分离效率，从而提高了光解水的效率。

三元金属硫化物-石墨相氮化碳异质结催化剂的制备及光催化性能王彦娟;孙佳瑶;封瑞江;张健【摘要】以双氰胺、醋酸锌、钼酸铵、醋酸镉和硫化钠为原料,采用水热法合成了一系列Zn-Mo共掺杂CdS(Zn-Mo-CdS),并与g-C3N4组成异质结催化剂(Zn-Mo-CdS/g-C3N4).采用X射线衍射光谱(XRD)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、电化学阻抗谱(EIS)、X光电子能谱(XPS)等分析手段对制备的催化剂进行了表征.结果表明,Zn-Mo-CdS与g-C3N4之间紧密结合并形成异质结,促进界面电荷迁移,抑制光生电子-空穴对的复合.以可见光下降解染料罗丹明B (RhB)为探针反应考察了催化剂性能.结果表明,Zn-Mo-CdS/g-C3N4异质结催化剂的光催化性能与单纯g-C3N4、Zn-Mo-CdS及双金属硫化物/g-C3N4异质结催化剂相比均有大幅度提高,质量比m(Zn-Mo-CdS)lm(g-C3N4)=4∶1时制备的异质结催化剂表现出最大的降解速率常数,是单纯g-C3N4和Zn-Mo-CdS的30倍和10倍.不仅Zn-Mo-CdS,其他三元金属复合硫化物如Mo-Ni-CdS和Ni-Sn-CdS与g-C3N4之间也能有效构筑异质结,促进电子-空穴对的分离和催化性能提升.【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2016(032)003【总页数】9页(P728-736)【关键词】g-C3N4;三元金属硫化物;异质结;光催化;有机物降解【作者】王彦娟;孙佳瑶;封瑞江;张健【作者单位】辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】O641;O649近年来，日益严重的环境污染和能源危机使得人们对清洁能源的渴望越发强烈。

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。

第４０卷第２期２０１９年４月　青岛科技大学学报（自然科学版）Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．２Ａｐｒ．２０１９　 文章编号：１６７２－６９８７（２０１９）０２－００３６－０６；ＤＯＩ：１０．１６３５１／ｊ．１６７２－６９８７．２０１９．０２．００５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（青岛科技大学材料科学与工程学院，山东青岛２６６０４２）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２．７ｅＶ，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－Ｃ３Ｎ４，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（９ｈ以内），产物的光催化降解染料的效果越好。

关键词：石墨相氮化碳；尿素；光催化降解中图分类号：ＴＱ　１２９ 文献标志码：Ａ引用格式：李龙飞，姜代旬，潘凤丹，等．石墨相氮化碳的制备与光催化性能［Ｊ］．青岛科技大学学报（自然科学版），２０１９，４０（２）：３６－４１．ＬＩ　Ｌｏｎｇｆｅｉ，ＪＩＡＮＧ　Ｄａｉｘｕｎ，ＰＡＮ　Ｆｅｎｇｄａｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ　ｇｒａｐｈｉｔｉｃ　ｃａｒｂｏｎ　ｎｉｔｒｉｄｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ），２０１９，４０（２）：３６－４１．收稿日期：２０１８－０６－２２基金项目：国家自然科学基金项目（６１５０４０７３，５１６０２１６８）．作者简介：李龙飞（１９９３－），男，硕士研究生．　＊通信联系人．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ　Ｃａｒｂｏｎ　ＮｉｔｒｉｄｅＬＩ　Ｌｏｎｇｆｅｉ，ＪＩＡＮＧ　Ｄａｉｘｕｎ，ＰＡＮ　Ｆｅｎｇｄａｎ，ＬＩＵ　Ｋｕｏ，ＤＵ　Ｆａｎｇｌｉｎ，ＱＵ　Ｘｉａｏｆｅｉ，ＹＩＮ　Ｚｈｅｎｇｍａｏ（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０４２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ　ａ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｍａｔｅｒｉａｌ，ｇｒａｐｈｉｔｉｃ　ｃａｒｂｏｎ　ｎｉｔｒｉｄｅ（ｇ－Ｃ３Ｎ４），ｉｔｓ　ｂａｎｄ　ｇａｐ　ｉｓ　ａ－ｂｏｕｔ　２．７ｅＶ．Ｗｉｔｈ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｇ－Ｃ３Ｎ４ｈａｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ“ｅａｒｔｈ－ａｂｕｎｄａｎｔ”ｎａｔｕｒｅ，ｎｏｎ－ｔｏｘｉｃ，ｃｈｅａｐ　ａｎｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ，ｄｅｇｒａ－ｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｄｙｅｓ，ＣＯ２ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｆｉｅｌｄｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｄｅｇ－ｒａｄａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｇ－Ｃ３Ｎ４ｏｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｙｅｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｇ－Ｃ３Ｎ４ｗａｓ　ｍａｄｅ　ｂｙ　ｕｒｅａ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｍ－ｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ　Ｂ　ｂｙ　ｇ－Ｃ３Ｎ４ｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｙｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｍｅｔｈｙｌ　ｏｒａｎｇｅａｎｄ　ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｂｌｕｅ　ｗｅｒｅ　ａｌｓｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｇ－Ｃ３Ｎ４ｈａｄ　ｇｒｅａｔｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ　Ｂ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｂｌｕｅ（ａｌｍｏｓｔ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ｄｅｇｒａｄｅｄｗｉｔｈｉｎ　３ｈ），ｂｕｔ　ｌｉｔｔｌｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｆｏｒ　ｍｅｔｈｙｌ　ｏｒａｎｇｅ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａ－ｔｕｒｅ（ｂｅｌｏｗ　６００℃）ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｌｏｎｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ（ｗｉｔｈｉｎ　９ｈ），ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　第２期 李龙飞等：石墨相氮化碳的制备与光催化性能ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｙｅ　ｗａｓ　ｂｅｔｔｅｒ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｉｔｅ　ｐｈａｓｅ　ｎｉｔｒｉｄｅ；ｕｒｅａ；ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ 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。

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。

《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。

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。

《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。

石墨相氮化碳的红外辅助微波法制备及光催化固氮性能曹宇辉;佟宇飞;张健;李法云;范志平;白金;毛微;胡绍争【摘要】采用红外辅助微波法制备了可见光下具有优越固氮性能的石墨相氮化碳催化剂(g-C3N4).采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附、紫外-可见光谱(UV-Vis)、荧光光谱(PL)、N2-程序升温脱附(TPD)和电子顺磁共振谱(EPR)等对催化剂进行了表征.结果表明,微波处理在催化剂表面形成许多孔状结构,增大了催化剂的比表面积,抑制了催化剂光生电子-空穴的复合;微波处理还会产生大量氮空穴,这些氮空穴一方面可以吸附并活化氮气分子,另一方面可提升电荷从催化剂到氮气分子的界面转移能力,显著提高催化剂的光催化固氮性能.采用红外辅助微波法制备的g-C3N4催化剂比采用单纯微波法制备的催化剂具有更多的氮空穴,表现出更高的光催化固氮性能.【期刊名称】《高等学校化学学报》【年(卷),期】2016(037)007【总页数】7页(P1357-1363)【关键词】红外辅助微波法;石墨相氮化碳;固氮;氮空穴;光催化【作者】曹宇辉;佟宇飞;张健;李法云;范志平;白金;毛微;胡绍争【作者单位】辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】O644目前工业固氮过程是在高温(500 ℃)高压(20～50 MPa)下将氮气和氢气反应得到氨气, 所用催化剂多以Fe为主要活性组分, 此过程能耗大且危险, 原料氢气的成本也较高. 因此, 寻找一种绿色清洁、低能耗、低成本的固氮工艺十分必要. 近年来, 多相光催化技术以其绿色清洁、条件温和、低能耗等优点引起了物理、化学、环保、材料等领域的关注. 将光能引入固氮反应体系则有可能在温和的反应条件下实现这一过程. 1977年, Schrauzer等[1]首次发现在紫外光照射下氮气在Fe掺杂的TiO2粉末上能发生还原反应生成NH3. 该反应以水为氢源, 大大降低了原料成本. 目前报道的光催化固氮反应体系的催化剂多为Ti基金属氧化物及其复合催化剂. Ranjit等[2]考察了贵金属负载TiO2催化剂的光催化固氮性能, 发现钌负载的TiO2具有最高的固氮活性,浓度与金属-氢键的强度有关. Rusina等[3]以Fe2Ti2O7为催化剂, 乙醇为空穴捕获剂, 在可见光下实现了光催化固氮反应. Hoshino等[4,5]的固氮反应体系中以TiO2/导电聚合物复合材料为催化剂, 白光为光源, 产物为高氯酸铵. Zhao等[6]以紫外光为光源, 乙醇为空穴捕获剂考察了Fe掺杂TiO2的光催化固氮性能, 结果发现, 反应的量子效率由氮气的分压决定, 最高量子效率达到18.27×10-2 m-2, 是以纯TiO2为催化剂时的3.84倍, 研究还给出了固氮反应可能的中间产物和电子转移机理[6]. 然而, 由于N≡N键能很高(约为941 kJ/mol), 非常稳定, 且催化剂表面缺少反应活性中心来活化氮气分子, 目前催化体系的固氮能力仍然较低. 近年来, 石墨型氮化碳(g-C3N4)由于具有优异的化学稳定性和独特的电子能带结构而被广泛应用于光催化[7]、燃料电池[8]、有机合成[9]和储气[10]等领域. 通常,双氰胺或三聚氰胺等原料在500～550 ℃下发生缩聚反应能得到g-C3N4. 此高温焙烧过程导致生成的g-C3N4团聚严重, 比表面积较低, 而比表面积的大小对催化剂性能将起到至关重要的作用. 微波加热依靠物体吸收微波能并将其转换成热能,不须任何热传导过程就能使物料内外部同时升温. 本文采用红外辅助微波法制备了g-C3N4催化剂. 结果表明, 微波处理会在催化剂表面形成许多孔状结构, 显著提高了催化剂的比表面积; 此外, 微波处理会在催化剂表面产生大量氮空穴. 本文还探讨了氮空穴对催化剂结构性质、光学性质以及光催化固氮性能的影响.1.1 试剂与仪器所用试剂均为分析纯, 购自天津化学试剂厂. 所有水溶液均用去离子水配制.XRD-7000 X型射线衍射仪(日本岛津公司), 辐射源Cu Kα1, 工作电压40 kV, 工作电流30 mA; ASAP 2010型物理吸附仪(美国Micrometrics公司), 测试前, 样品先于350 ℃下真空脱气处理10 h, 样品的比表面积通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法求得; JSM 5600LV型扫描电子显微镜(SEM, 日本电子有限公司); Philips Tecnai G220型高倍透射电子显微镜(HRTEM, 美国FEI公司); EMX-220型电子顺磁共振仪(EPR, 美国Bruker公司); CHEMBET-3000程序升温脱附仪(TPD, 美国康塔仪器公司); Elan6100DRC型ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪(ICP, 美国Perkin Elmer公司); UV-550型紫外-可见光谱仪(UV-Vis, 日本JASCA 公司); FP-6300型荧光分光光度计(日本分光公司), 以Xe灯为激发光源; CHI 618C 型电化学分析仪(上海辰华仪器有限公司), 以500 W氙灯为光源, 铂片为对电极, Ag/AgCl为参比电极, 1.0 mol/L Na2SO4为电解液.1.2 催化剂的制备将6 g硫脲用研钵研磨30 min后转入25 mL坩埚中. 将此坩埚放入200 mL大坩埚中, 并用微波吸收材料CuO粉末填满大坩埚. 将大坩埚放入微波炉(格兰仕G70D20CN1P-D2)中, 红外辅助微波处理20～40 min(输入功率0.8 kW/h), 得到的催化剂命名为IM-CN(x), x表示微波处理时间(min). 重复上述操作, 在单纯微波下处理15～30 min, 输入功率1.0 kW/h, 得到的催化剂命名为M-CN(x), x表示微波处理时间(min). 此外, 采用传统焙烧法将硫脲直接在520 ℃下焙烧2 h, 升温速率5 ℃/min, 得到的催化剂命名为CN520.1.3 催化活性评价根据文献[6]报道的方法评价催化剂的光催化固氮性能. 以250 W高压钠灯(主波长400～800 nm)为可见光光源, 以0.5 mol/L的亚硝酸钠水溶液为钠灯冷却循环水滤去光源中紫外光部分(流速0.5 L/min); 以0.789 g/L的乙醇为空穴捕获剂. 将0.2 g催化剂加入到500 mL乙醇水溶液中, 搅拌0.5 h以充分分散; 搅拌条件下将溶液放在光源下进行照射, 同时鼓入空气(30 ℃, 标准大气压). 每隔1 h取5 mL悬浮液置于离心管中, 在3000 r/min转速下离心15 min后取上层清液, 利用紫外-可见分光光度计, 采用纳氏试剂法分析产物中铵离子浓度(JB7478-87) [6,11], 具体方法如下: 取10 mL待测样品放入25 mL容量瓶中定容到25 mL. 滴加0.5 mL酒石酸钾钠溶液(2.17 mol/L)和0.75 mL纳氏试剂, 静置10 min后, 利用紫外-可见分光光度计测试样品在420 nm波长处的吸光度. 铵离子浓度(mg/L)采用标准曲线换算得到, 换算公式为: 铵离子浓度=(样品吸光度-纯水吸光度)×5.642.2.1 光催化固氮性能评价图1(A)为所制备催化剂在可见光下的光催化固氮活性结果. CN520的产率为1.02 mg/(L·h·gcat). 单纯微波处理的系列催化剂中, M-CN(20)的最大, 达到2.0mg/(L·h·gcat), 约为CN520的2倍. 红外辅助微波处理的系列催化剂的固氮性能与单纯微波法处理的催化剂相比显著提高, IM-CN(30)的达到5.1 mg/(L·h·gcat), 是CN520的5倍. 图1(B)为IM-CN(30)的光催化固氮稳定性考察结果. 可以看出, 催化剂经过20 h的连续反应,没有明显降低, 说明IM-CN(30)催化稳定性良好. IM-CN(30)催化剂在不通气、不加光照或不使用催化剂3个条件下, 得到的铵离子浓度可以忽略不计. 由此可知,是以氮气为氮源通过光催化反应得到的. 而IM-CN(30)催化剂在Ar或He气氛下也无生成, 再次证实了产物的氮源为氮气. 图2示出了循环水中亚硝酸钠浓度及循环水流速对IM-CN(30)催化剂光催化固氮性能的影响. 可以看出, 当亚硝酸钠的浓度低于0.5 mol/L时, 铵离子产率随着亚硝酸钠浓度的增加逐渐降低, 说明低浓度的亚硝酸钠未能完全滤去紫外光; 当亚硝酸钠浓度≥0.5 mol/L时, 铵离子产率基本不变, 说明此时紫外光基本被滤去. 此外, 铵离子产率随着亚硝酸钠溶液流速的改变变化不显著.2.2 XRD分析由图3可见, CN520有2个特征衍射峰, 分别位于2θ=13.1°和27.5°处, 其中27.5°处的衍射峰为芳香物层间堆积特征峰, 归属于(002)晶面; 13.1°处的衍射峰是Melon类结构的特征峰, 归属于(100)晶面[12,13]. 单纯微波处理15 min和红外辅助微波处理20 min的催化剂显示出g-C3N4的特征峰, 说明微波法能在短时间内制备出g-C3N4催化剂. 但M-CN(15)和IM-CN(20)的XRD谱图中有很多杂峰, 说明其结构还很不完整. 当单纯微波处理时间和红外辅助微波处理时间分别延长至20 min及25 min时, 得到的催化剂显示出完整的g-C3N4晶体结构. 由图3还可看出, 微波处理制备的g-C3N4催化剂的衍射峰位置与CN520相比均向低角度方向位移0.3°. 这可能是由于微波处理法制备的g-C3N4催化剂存在晶格缺陷导致的. 由ICP结果得到的CN520的C/N原子比为0.74, 与其理论值非常相近. M-CN(20)和IM-CN(30)的C/N原子比分别为0.78和0.82, 高于CN520的C/N原子比. 结合XRD结果, 微波处理法制备的g-C3N4催化剂中存在的晶格缺陷应为氮空穴. 红外辅助微波处理制备的IM-CN(30)催化剂的C/N原子比高于单纯微波处理得到的M-CN(20)应具有更多的氮空穴位. 此外, ICP结果显示催化剂中不含硫元素, 与文献[14]结果一致.2.3 SEM与HRTEM分析如图4(A)所示, CN520催化剂具有光滑的层状结构; 微波处理得到的M-CN(20)催化剂也显示出类似的层状结构[图4(B)], 但其表面有很多无规则的小孔; IM-CN(30)的形貌与M-CN(20)没有明显差别[图4(C)], 说明红外照射对催化剂形貌没有产生显著影响. 图4(D)为IM-CN(30)的HRTEM照片, 从图中可以清楚地看出IM-CN(30)具有规整的晶格结构. 其晶格间距为0.330 nm, 与g-C3N4的(002)晶面间距一致[15～17], 证实采用红外辅助微波法制备了g-C3N4催化剂.2.4 氮气吸附-脱附分析催化剂的比表面积对其催化性能有至关重要的影响[18]. 图5为CN520, M-CN(20)和IM-CN(30)的N2吸附-脱附等温线. 可以看出, 3个催化剂都呈现出典型的Ⅳ型等温线, 表明三者均具有介孔结构. 采用BET法计算CN520的比表面积(SBET)为9.4 m2/g, 与文献[18,19]的结果相近; 而M-CN(20)和IM-CN(30)的SBET分别为45.6和47.2 m2/g, 与CN520相比有显著提高, 这是由于M-CN(20)和IM-CN(30)表面存在许多不规则的孔结构导致的. M-CN(20)和IM-CN(30)两者的SBET没有显著差异, 说明比表面积不是导致二者固氮性能差异的主要原因.2.5 UV-Vis光谱分析由UV-Vis光谱图(图6)可见, CN520的吸收边界(λg)为460 nm, 利用公式Eg=1240/λg计算出其带隙能Eg为2.70 eV. M-CN(20)和IM-CN(30)表现出明显的吸收边界蓝移现象, 吸收边界分别位于450和432 nm, 带隙能分别为2.76和2.87 eV. ICP结果显示催化剂中无硫元素, 排除了硫掺杂改变能带的可能性, 由此推断能带结构的变化可能是由于催化剂中存在氮空穴引起的. 此外, 从图6中还可以看出微波处理所得催化剂与CN520的显著区别, M-CN(20)和IM-CN(30)对波长450～700 nm的可见光出现普遍吸收现象, 这是由于微波处理所得催化剂中存在氮空穴引起的[20].2.6 EPR和N2-TPD分析EPR谱能提供催化剂表面存在缺陷态的直接证据, 如氧空穴、氮空穴等[21,22]. 如图7所示, CN520的EPR谱图中没有信号峰, 说明CN520不存在未配对单电子. 而M-CN(20)和IM-CN(30)的EPR谱图中在g=2.003处出现了明显的信号峰, 说明这2个催化剂存在未配对单电子. 此未配对单电子是由于M-CN(20)和IM-CN(30)催化剂上存在氮空穴产生的[21,22]. 此外, IM-CN(30)的EPR信号峰强度明显强于M-CN(20), 说明其表面的氮空穴含量大于M-CN(20).反应物在催化剂表面的化学吸附过程通常被认为是反应物活化过程, 对催化剂的性能起到至关重要的作用. 由催化剂的N2-TPD结果(图8)可以看出, CN520表面只存在一种吸附的氮气物种, 其脱附温度约为120 ℃, 应为物理吸附. 微波处理得到的催化剂M-CN(20)和IM-CN(30)表面存在2种吸附的氮气物种, 脱附温度分别为120和260 ℃, 表明M-CN(20)和IM-CN(30)除了对氮气存在物理吸附作用外, 还存在化学吸附作用, 这可能是由于M-CN(20)和IM-CN(30)表面存在的氮空穴充当了氮气分子的化学吸附位, 这些氮空穴具有与氮原子相似的尺寸与形貌, 因此能吸附并活化氮气分子, 使催化剂的光催化固氮性能显著提高. 此外, 从图8中可以看出, IM-CN(30)表面化学吸附的氮气物种多于M-CN(20), 说明IM-CN(30)表面的氮空穴位多于M-CN(20), 这与上述表征结果一致. 更多的氮空穴能同时活化更多氮气分子, 因此IM-CN(30)的光催化固氮性能优于M-CN(20).2.7 PL光谱分析光生载流子的分离效率对催化剂性能影响显著, 光生电子-空穴对的有效分离能保证氮气分子在光照下被充分还原生成离子[23,24]. 图9(A)为催化剂在氮气气氛下的PL光谱. 通常, PL光谱峰强度越低, 光生电子-空穴对的分离效率越高. 3个催化剂在460～470 nm附近有很强的荧光发射峰, 与UV-Vis光谱中的吸收边界相一致. 微波法制备的2个催化剂的荧光光谱发生明显的荧光猝灭现象, 说明氮空穴的引入能有效抑制光生电子-空穴对的复合, 且IM-CN(30)的电子-空穴分离效率优于M-CN(20). 图9(B)对比了所制备催化剂在氮气和氩气气氛下的PL光谱强度. 可以看出, 在氮气气氛下M-CN(20)和IM-CN(30)的PL光谱强度明显低于在氩气气氛下的强度, 这可能是由于催化剂表面的氮空穴能促进光电子从催化剂向吸附的氮气分子转移, 因此降低了复合率. 而CN520在2种气氛下的PL光谱强度几乎相同, 说明氮气气氛是促进电子-空穴分离的必要条件. 此结果进一步证实了氮空穴能促进光电子在催化剂与氮气分子间的迁移.2.8 光电流测试从图10(A)可以看出, 在氮气气氛下, M-CN(20)和IM-CN(30)的光电流强度明显强于CN520, 再次证实了微波法制备催化剂的电子-空穴分离效率优于焙烧得到的CN520. 此外, M-CN(20)和IM-CN(30)的光电流强度在开灯初始时有随光照时间延长而逐渐衰减的趋势, 衰减到一定程度后基本保持稳定. IM-CN(30)的衰减幅度大于M-CN(20), 这可能是由于M-CN(20)和IM-CN(30)表面的光电子转移至化学吸附的氮气分子所致. 而CN520则没有发生类似的电子转移现象, 因此没有光电流的衰减. 由于IM-CN(30)表面的氮空穴多于M-CN(20), 导致更多化学吸附的氮气分子捕获了更多的光电子, 所以其光电流衰减幅度大于M-CN(20). Li等[11]也发现了类似的结果. 图10(B)对比了CN520和IM-CN(30)在氮气和氩气气氛下的光电流强度. CN520在2种气氛下的光电流强度基本一致, 而IM-CN(30)在氩气气氛下的光电流没有发生衰减情况, 说明氮气气氛是电流衰减的必要条件. 由此进一步证实了IM-CN(30)表面的氮空穴有利于光电子在催化剂与吸附的氮气间的转移.IM-CN(30)催化剂表面可能的光催化固氮反应机理如下: 首先, 氮气化学吸附在氮空穴位上. 当催化剂被可见光激发产生电子-空穴对后, 光电子被氮空穴捕获, 并迅速转移至吸附的氮气表面. 由于氮气分子的成键轨道已经被4个电子占满, 这个光电子只能占据高能态的反键轨道, 使氮气分子活化. 活化的氮气分子与水中的H+反应生成NH3并溶于水中得到离子. 在此过程中, 氮空穴一方面作为化学吸附位, 起到吸附并活化氮气分子的作用; 另一方面促进了光生电子从催化剂向氮气分子的转移, 抑制了电子-空穴对的复合, 因此对催化剂的光催化固氮性能有显著的促进作用. 综上所述, 采用红外辅助微波法制备了可见光下具有优越固氮性能的g-C3N4催化剂. 研究结果表明, 微波处理在催化剂表面形成许多不规则的小孔, 增大了催化剂的比表面积; 另外, 微波处理会产生大量氮空穴, 这些氮空穴一方面可以吸附并活化氮气分子, 另一方面提升了光电子从催化剂到氮气分子的界面转移能力, 抑制了催化剂光生电子-空穴的复合, 显著提高了催化剂的光催化固氮性能. 红外辅助微波法制备的g-C3N4催化剂与单纯微波法制备的催化剂相比具有更多的氮空穴, 表现出更高的光催化固氮性能.† Supported by the National Natural Science Foundation ofChina(No.41571464) and the Education Department of Liaoning Province, China(No.L2014145).【相关文献】[1] Schrauzer G. N., Guth T. D., J. Am. Chem. Soc., 1977, 99(22), 7189—7193[2] Ranjit K. T., Varadarajan T. K., Viswanathan B., J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 1996, 96(1—3), 181—185[3] Rusina O., Linnik O., Eremenko A., Kisch H., Chem. Eur. J., 2003, 9(2), 561—565[4] Hoshino K., Chem. Eur. J., 2001, 7(13), 2727—2731[5] Hoshino K., Inui M., Kitamura T., Kokado H., Angew. Chem. Int. Ed., 2000, 39(39), 2509—2512[6] Zhao W. R., Zhang J., Zhu X., Zhang M., Tang J., Tan M., Wang Y., Appl. Catal. B: Environ., 2014, 144(1), 468—477[7] Hu S. Z., Ma L., You J. G., Li F. Y., Fan Z. P., Lu G., Liu D., Gui J. Z., Appl. Surf. Sci., 2014, 311(1), 164—171[8] Zheng Y., Liu J., Liang J., Jaroniec M., Qiao S., Energy Environ. Sci., 2012, 5(5), 6717—6731[9] Xu J., Wu H. T., Wang X., Xue B., Li Y. X., Cao Y., Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15(13),4510—4517[10] Park S. S., Chu S. W., Xue C., Zhao D., Ha C. S., J. Mater. Chem., 2011, 21(29), 10801—10807[11] Li H., Shang J., Ai Z. H., Zhang L. Z., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137(19), 6393—6399[12] Wang Y., Wang X. C., Antonietti M., Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51(1), 68—89[13] Zhang Q., Hu S. Z., Li F. Y., Fan Z. P., Wang Q., Wang F., Li W., Liu D. S., Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(3), 521—528(张倩, 胡绍争, 李法云, 范志平, 王琼, 王菲, 李薇, 刘道胜. 高等学校化学学报, 2016, 37(3), 521—528)[14] Zhang G. G., Zhang J. S., Zhang M. W., Wang X. C., J. Mater. Chem., 2012, 22(16), 8083—8091[15] Sun M., Yan T., Yan Q., Liu H. Y., Yan L. G., Zhang Y. F., Du B., RSC Adv., 2014, 4(1), 19980—19986[16] Yuan B., Chu Z. Y., Li G. Y., Jiang Z. H., Hu T. J., Wang Q. H., Wang C. H., J. Mater. Chem. C, 2014, 2(1), 8212—8215[17] Sun M., Yan Q., Yan T., Li M. M., Wei D., Wang Z. P., Wei Q., Du B., RSC Adv., 2014,4(1), 31019—31027[18] Hu S. Z., Ma L., Wang H. Y., Zhang L., Zhao Y. F., Wu G., RSC Adv., 2015, 5(1), 31947—31953[19] Hu S. Z., Ma L., Xie Y., Li F. Y., Fan Z. P., Wang F., Wang Q., Wang Y. J., Kang X. X., WuG., Dalton Trans., 2015, 44(1), 20889—20897[20] Li Y. X., Xu H., Ouyang S. X., Lu D., Wang X., Wang D. F., Ye J. H., J. Mater. Chem. A, 2016, 4(1), 2943—2950[21] Hong Z. H., Shen B., Chen Y. L., Lin B. Z., Gao B. F., J. Mater. Chem. A, 2013, 1(1), 11754—11761[22] Yang R. C., Lu X. J., Huang X., Chen Z. M., Zhang X., Xu M. D., Song Q. W., Zhu L. T., Appl. Catal. B: Environ., 2015, 170/171(1), 225—232[23] Zhang Q. K., Yao B. H., Lu Y. P., Pang Y. B., Xiong Y. M., Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(9), 1794—1800(张钦库, 姚秉华, 鲁盼, 庞波, 熊敏. 高等学校化学学报, 2015, 36(9), 1794—1800)[24] Li F., Wang G. Y., Zhang Y., Li H. R., Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(7), 1351—1357(李锋, 王桂燕, 张岩, 李洪仁. 高等学校化学学报, 2015, 36(7), 1351—1357)。

专利名称：一种氨化的超薄石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：余家国,夏鹏飞
申请号：CN201610876806.6
申请日：20161008
公开号：CN106563481A
公开日：
20170419
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种氨化的超薄石墨相氮化碳光催化剂材料及其制备方法。

它类似于带褶皱的薄纱，呈带褶皱的薄纱状，厚度均一，为3‑5nm；材料表面光滑，含有丰富的氨基基团。

制备：将三聚氰胺进行酸化，得到质子化的三聚氰胺超分子结构晶体，然后在惰性保护气氛条件下煅烧制得石墨相氮化碳材料，之后经均匀化处理得到石墨相氮化碳光催化剂材料超细粉体；将石墨相氮化碳光催化剂材料超细粉体和可热分解产生氨气的氨源物质置于管式炉中，进行通惰性气体除氧处理，然后在惰性保护气氛条件下进行阶梯煅烧：先升温至500‑540℃，保温2‑4h，然后再升温至560‑600℃，并保温2‑3h，冷却后即可得。

其可显著地提高光催化效率，用于CO催化还原具有优异的光催化性能。

申请人：武汉理工大学
地址：430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路122号
国籍：CN
代理机构：湖北武汉永嘉专利代理有限公司
代理人：乔宇
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专利名称：一种石墨相氮化碳基异质结复合材料及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：柏寄荣,许鹏,周品,庞佳政
申请号：CN201911233412.9
申请日：20191205
公开号：CN110947409A
公开日：
20200403
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种石墨相氮化碳基异质结复合材料及其制备方法，属于光催化技术领域。

本发明采用硫脲作为石墨相氮化碳的前驱体得到硫掺杂的g‑CN(SCN)，以此为基底材料与InO耦合构建异质结复合材料。

本发明的复合材料在可见光下，光催化析氢活性显著提高，这是由于异质结作用下光生载流子的迁移速率加快，载流子再复合被有效的抑制。

申请人：常州工学院
地址：213032 江苏省常州市新北区辽河路666号
国籍：CN
代理机构：哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司
代理人：彭素琴
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石墨相氮化碳尿素合成
石墨相氮化碳（graphitic carbon nitride，简称g-C3N4）是一种
具有类似石墨结构的碳氮化合物材料，由C和N原子构成。

它具有较好的光催化性能和热稳定性，因此被广泛应用于催化反应中，包括尿素的合成。

尿素是一种重要的氮肥和化工原料，在合成中心氨法中，尿素通过氨和二氧化碳的反应生成。

而石墨相氮化碳被用作光催化剂，可以利用太阳光的能量将二氧化碳分解为一氧化碳和氧气，进而利用一氧化碳和氨的反应合成尿素。

具体的合成过程如下：
1. 制备石墨相氮化碳催化剂：将含有氮和碳的前体物质（如腐殖酸、尿素等）加热至高温条件下，然后进行炭化处理，得到石墨相氮化碳催化剂。

2. 光催化反应：将石墨相氮化碳催化剂与氨和二氧化碳的溶液混合，并将其置于光源下，利用光催化剂的光催化性能，通过吸收光能将二氧化碳分解为一氧化碳和氧气。

3. 反应合成尿素：一氧化碳和氨在催化剂的作用下反应生成尿素。

这种方法能够利用可再生能源太阳能作为能源源，同时还能达到二氧化碳的减排目的，具有较好的环保性能。

然而，该方法在实际应用中仍需要进一步研究和优化。