石墨相氮化碳的制备、改性及应用

doi:10.12422/j.issn.1006-396X.2023.05.006

摘要/Abstract

摘要：

石墨相氮化碳（g?C₃N₄）是一种经典的非金属半导体光催化剂，具有物理化学特性稳定、能带结构合理、原料廉价易得、安全无污染等优势，在环保净化与能源催化等领域有良好的应用发展前景，近年来引起了广泛重视。但是，由于g?C₃N₄具有比表面积小、对可见光的吸收功能较低、光生电子与空穴复合率较高等缺点，严重影响了其应用。综述了g?C₃N₄的基本构造、特点、主要改性方式和国内外近年来g?C₃N₄的实际应用，其中改性方式涉及元素掺杂、形貌调控、贵金属沉积等。

关键词: 石墨相氮化碳, 制备方法, 结构改性, 光催化剂

Abstract:

As a classic non?metallic semiconductor photocatalyst, graphite phase carbon nitride material （g?C₃N₄） has attracted widespread attention in recent years due to its stable physical and chemical properties, reasonable band structure, low cost, easy availability, safety, and pollution?free advantages. It has good application and development prospects in the fields of environmental protection, purification and energy catalysis. However, the utilization of g?C₃N₄ in studies is significantly hampered by its tiny specific surface area, limited absorption of visible light, and high rate of recombination of photogenerated electrons and holes. The basic structure, characteristics and main modifications of g?C₃N₄ are reviewed, covering modification means such as elemental doping, morphological modulation, noble metal deposition and the practical applications of g?C₃N₄ in recent years at home and abroad.

Key words: Graphite phase carbon nitride, Preparation method, Structural modification, Photocatalyst

中图分类号:

TQ032.4

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图/表 5

图1 g?C3N4可能的两种化学结构[9]

Fig.1 Two possible chemical structures of g?C3N4[9]

图2 g?C3N4的电子能带结构及光催化的反应原理[10]（a）电子能带结构（b）光催化的反应原理

Fig.2 The band structure of g?C3N4 and the principle of photocatalytic reaction[10]

表1 g?C3N4合成方法的优缺点

Table 1 Advantages and disadvantages of the synthesis method of g?C3N4

合成方法	优点	缺点
固相合成法	产物结晶度高，可制备具有特殊形貌的g⁃C₃N₄	反应条件较为严苛
沉积法	便于对产物进行形貌调控	反应条件严苛，步骤较为繁琐
溶剂热法	反应是直接的、可控的，产品形状是均匀的	效率较低，存在有机溶剂污染问题
微波辅助加热法	加热效率高，过程易于控制	对微波不敏感，需要添加辅助吸波材料
热缩聚法	操作简单，产量高，产物结构容易控制，成本低廉	产物一般呈块状，比表面积较小

图3 g?C3N4的热缩聚法示意图[10]

Fig.3 Thermal condensation polymerization diagram of g?C3N4[10]

图4 SBA?15型g?C3N4和TiN/C的TEM照片[26]（a） g?C3N4 （b） TiN/C

Fig.4 TEM photos of SBA?15 type g?C3N4 and TiN/C[26]

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