石墨相氮化碳的改性研究

介绍

石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种新型催化剂，具有成本低、化学稳定性好的特点，并且带隙窄(λ>420 nm)、可见光响应能力强，被广泛用于光催化相关领域，如光解水制氢、降解有机污染物、还原二氧化碳等。但由于g-C3N4存在禁带宽度较大(2.7 eV)、电子空穴易复合、比表面积小等缺点，使得其在光催化领域的应用受到了很大制约。因此，为了提高其光催化性能，研究者对g-C3N4的改性方法进行了广泛的研究。

石墨相氮化碳

结构调控

Fan Dong等[1]研究了尿素热解时间对石墨相氮化碳结构的影响。通过延长热解时间，得到的g-C3N4样品结晶度增强，层的厚度和尺寸减小，比表面积和孔隙体积显著增大，能带结构得到修饰。尤其对于处理4 h的尿素，由于减少了层厚度和改善了多孔结构。随着热解时间的延长，g-C3N4纳米结构的层厚和尺寸逐渐减小，活性逐渐提高，结晶度增强，层厚减小，比表面积更高，孔体积更大。

Yaoyao Huang[2]以牺牲型LUDOX HS-40胶态二氧化硅为模板，通过简单热缩合法制备了一种有效的介孔g-C3N4(mpg-C3N4)吸附剂，并将其应用于多离子溶液中钍离子的选择性吸附，吸附效率高达93.53%。这项工作可以拓宽对多离子溶液中钍的选择性吸附介孔吸附剂的定制设计和合成的思路。赵才贤等[3]发明了一种具有粘接中空空腔结构的蜂巢状石墨相氮化碳的制备方法，该方法采用廉价易得的海泡石作为硬模板，酸处理后用聚多巴胺作为粘结剂进行包覆改性，然后将聚多巴胺包覆改性的海泡石与g-C3N4前驱体混合均匀，最后高温焙烧，去除模板后，即制得蜂巢状g-C3N4。该方法成本低，制备的蜂巢状g-C3N4比表面积大，在可见光(λ≥400 nm)照射下本发明制备的g-C3N4产氢速率可达1 061.87 umol·g-1·h-1。

掺杂改性

于京华等[4]发明了一种三角形磷、硫掺杂石墨相氮化碳纳米片的制备方法。该方法流程为：高温煅烧-研磨溶解-超声剥落-离心洗涤-蒸发浓缩。优点是工艺流程简单，对环境无污染，操作过程简单，成本低，反应条件易实现，形成大面积三角形纳米材料结构不仅展现出丰富的活性采光面积，同时其丰富的内部中空结构有望在药物负载与传输、光催化等领域取得应用。

舒杼等[5]发明了一种钠掺杂的多孔石墨相氮化碳纳米片的制备方法。该方法将模板剂氯化钠与前驱体双氰胺共溶后冷冻干燥；干燥后的均匀混合物置于马弗炉中在空气条件下进行高温煅烧；将煅烧后的氯化钠@g-C3N4混合物置于去离子水中将氯化钠溶解掉，并使用抽滤的方式将氯化钠模板与g-C3N4进行分离，将抽滤得到的淡黄色固体物质冷冻干燥，得到钠掺杂多孔g-C3N4纳米片；滤液中再次加入双氰胺用于制备钠掺杂多孔g-C3N4纳米片，实现氯化钠的重复利用。制备方法简单，原料成本低；得到的钠掺杂多孔g-C3N4纳米片的比表面积大，光吸收能力强，光催化效率高。

参考文献

[1]Fan Dong，Zhenyu Wanga，Yanjuan Sun，et al.Engineering the nanoarchitecture and texture of polymeric carbon nitride semiconductor for enhanced visible light photocatalytic activity[J].Journal of Colloid and Interface Science，2013,401:70–79.

[2]Yaoyao Huang，Huaili Zheng，Hong Li，et al.Highly effective and selective adsorption of thorium(Ⅳ) from aqueous solution using mesoporous graphite carbon nitride prepared by sol–gel template method[J].Chemical Engineering Journal，2021,410:128-321.

[3]赵才贤，李靖娥，陈烽，等.一种蜂巢状氮化碳的制备方法：CN108147380A[P].2018-06-12.

[4]舒杼，王文斌，周俊.一种元素掺杂的多孔g-C3N4纳米片的制备方法：CN108855182B[P].2020-05-22.

[5]丁耀彬，彭学勤，唐和清，等.一种非均匀负载金属/K+掺杂氮化碳纳米棒及其制备方法和应用：CN115155638A[P].2022-10-11.