学文网[摘 要]g-C3N4具备化学组成和能带结构易调控、可见光响应、廉价稳定、等优点。但它同时还存在比表面积小、光生电子-空穴复合严重等固有问题，导致光催化过程量子效率偏低，严重制约其在能源和环境光催化领域的应用。本文主要研究氮化碳半导体的纳米结构控制，提高其光催化的效率。
[关键词]g-C3N4 可见光催化 纳米结构
中***分类号：TH113.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0186-01
Study on the control of nanostructure and visible light driven photocatalytic performance of g-C3N4 semiconductor
MENG Jian-Ling， FAN Xiu-Fei *
（Tongren University， College of materials and chemistry engineering， 554300）
[Abstract]g-C3N4 is easy to control its chemical composition and band structure， meanwhile it is visible light respondence， cheap and stable. But it has many defects， such as low surface area， high recombination rate of photogenerated electron-hole pairs. Hence the performance of g-C3N4 is low， Which restricts its practical application. In this paper， we mainly study the control of nanostructure of carbon nitride semiconductor and improve its photocatalytic efficiency.
[Key words]g-C3N4; Visible light photoatalysis; Nanostructure
1、引言
自1972年日本科学家Fujishima和Honda首次报道TiO2光催化分解水反应后[1]，半导体光催化成为降解污染物和太阳能转化领域中最引人注目的一项技术，在环保和能源领域有着潜在的应用价值。石墨相氮化碳 （g-C3N4） 是一种非金属的可见光响应的半导体光催化剂，具有堆叠二维片状结构。由于其适宜的禁带宽度、较高的热稳定性和化学稳定性以及无毒等优点，成为光催化，电化学，等领域研究的热点。g-C3N4 具备化学组成和能带结构易调控、可见光响应、廉价稳定、生物兼容性好等优点[2]，但同时存在比表面积小、光生电子-空穴复合严重等问题，导致光催化量子效率偏低，严重制约其在能源和环境领域的应用和推广。光催化剂的纳米结构与其物理化学性质以及光催化性能存在非常紧密的联系。当半导体材料的尺度缩小到纳米范围时，将呈现出独特的表面效应和量子尺寸效应，而这些效应的协同作用将显著提高纳米材料的光催化性能[3]。纳米线、纳米棒、纳米管等一维纳米材料因其新颖的光学、电学等性能，在纳米器件及光催化等诸多领域展示出潜在的应用前景[4]。本文主要研究氮化碳半导体的纳米结构控制，提高其光催化的效率。
2、g-C3N4纳米结构控制的研究现状
从目前的研究来看，g-C3N4晶体的合成并不是很理想，主要表现在：（1）各种合成方法很难得到单一相的氮化碳晶体，经常伴随产生多晶薄膜或非晶薄膜样品，给结构分析带来很大困难;（2）合成产物的形貌、结构和光谱分析至今没有出现相互支持、相互验证的实验结果。由于g-C3N4优异的性能和潜在的应用前景，在过去的几十年中，人们尝试和探索了各种方法来合成g-C3N4材料，其中产物形貌大部分是薄膜状，少数是粉体结构。
3、模板法制备g-C3N4
纳米材料以其独特的物理、化学性质 （量子尺寸效应、表面效应、等），在光电化学等诸多领域引起了极大关注。材料的性能不仅有赖于其化学组成，也取决于材料的结构、物相、形貌、尺寸大小及分布。上世纪九十年代碳纳米管的发现，为一维纳米材料的合成和性质研究及其应用开辟了新的方向。随着科学研究的不断发展，诸如纳米棒、纳米线、纳米同轴电缆、纳米带等一维纳米结构相继被发现，引起了国际上众多研究者的广泛关注。二十多年来，人们发展了多种方法，并成功地用于各种一维纳米材料的制备，例如模板法、激光刻蚀法等各具特色的合成方法。而今，模板法已经成为材料研究领域的一个强有力的工具。模板法主要包括两个方面：硬模板和软模板法
（1）： 硬模板法。通过浇铸/复制介孔二氧化硅矩阵获得。典型的合成方法首先将二氧化硅模板和有机物前体（如氨腈）在水溶液中混合，除去水后将得到的复合物550oC加热4h确保前驱体缩合形成C3N4，用NH4HF2溶液去除二氧化硅模板得到黄色粉末的C3N4副本 [5]。在硬模板法中经常采用高温处理，不仅消耗能源，而且催化剂易烧结，同时也限制了meso-g-C3N4材料进一步功能化;另外模板的去除经常会用到NH4HF2或者HF溶液，增加了实验的危险性和难度，同时也污染环境。
（2）： 软模板法。水热条件下通过蒸发使得两亲表面活性分子和客体分子间相互作用协同自组装实现 [6]。但是在大多数实验中，由于有机模板在过早的阶段分解，此类方法合成的C3N4的形貌为封闭的孔结构，这在一定程度上降低了催化剂的比表面积和表面活性位。
参考文献
[1]Honda K， Fujishima A， Nature， 1972， 238： 37-38
[2]Yan S C， Li Z S，Zou Z G， Langmuir， 2010， 26： 3894C3901
[3]Ni M， Leung M K H， Leung D Y C， Sumathy K. Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2007， 11： 401-425.
[4]Bojdys M J， Mueller J O， Antonietti M， Thomas A. Chemistry A Europe Journal， 2008， 14： 8177-8182.
[5]A. Thomas， A. Fischer， F. Goettmann， M. Antonietti， J. O. Muller， R. Schlogl， J. M. Carlsson， J. Mater. Chem. 2008， 18， 4893C4908.
[6]Y. Wang， X. Wang， M. Antonietti and Y. Zhang， ChemSusChem， 2010， 3， 435C439.
[7]Y. Shi， Y. Wan and D. Zhao， Chem. Soc. Rev.， 2011， 40， 3854C3878.
基金项目：铜仁学院校级博士启动基金（trxyDH1512）
作者简介：孟建玲，讲师。
通讯联系人：范秀飞（1985--），男，学士。
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