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g-C3N4,的發(fā)展歷史、基本性質(zhì)和制備方法
更新時間：2024-12-12
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石墨相氨化碳(g-C3N4)是近年來快速發(fā)展的一種新型光催化劑，被廣泛應(yīng)用于光催化降解污染物、光催化分解水產(chǎn)氧、光催化還原CO2、光催化有機合成和光催化殺菌等領(lǐng)域。2009年，Wang報道g-C3N4,在可見光及犧牲劑存在條件下能夠光催化分解水，分別制備氫氣和氧氣，自此，g-C3N4基光催化材料迅速成為光催化領(lǐng)域的一種常用半導(dǎo)體材料。g-C3N4的歷史可以追溯到19世紀(jì)30年代由Berzelius 和Liebig 發(fā)現(xiàn)的一種均三嗪類線性聚合物,名為 melon,實為氮化碳高分子衍生物。1922年,Franklin]以 Hg(CN)?和 Hg(SCN) ?,等為前驅(qū)體，通過熱解過程制備出一種無定形的氮化碳。1989年，Liu和Cohen通過理論計算發(fā)現(xiàn)奧爾發(fā)-C3N4是一種超硬材料，其硬度與金剛石相當(dāng)，且具有良好的導(dǎo)熱性能。
1996年，Teter和Hemley利用第一性原理對C;N4的結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)性的計算分析，提出a相、B相、c相(立方相)、p相(準(zhǔn)立方)和g相(石墨相)五種相結(jié)構(gòu)，其中前四種均為具有良好化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的超硬材料，而g-C3N4則是常溫常壓下穩(wěn)定的軟質(zhì)相。直到2006年，g-C3N4才被逐漸應(yīng)用于多相催化領(lǐng)域。研究者們通常出道認(rèn)為 g-C3N4是一種以七嗪環(huán)(C6N7)為結(jié)構(gòu)單元的二維聚合物，如圖3-1所示。
g-C3N4,的基本性質(zhì)和制備方法
作為一種聚合物豐導(dǎo)體，作為一種聚合物半導(dǎo)體，g-C3N4:具有諸多特點。其帶隙約為2.7eV，導(dǎo)帶底和價帶頂位置分別在-1.1V和+16V(VS.NHE)左右，因此可以作為可見光光催化劑應(yīng)用于很多光催化反應(yīng)中110.1。其導(dǎo)帶底位置較水的還原電勢更負(fù)，也較CO2轉(zhuǎn)化為碳燃料的還原電勢更負(fù)，因此在制備太陽燃料方面具有一定的優(yōu)勢。g-C3N4分子結(jié)構(gòu)中含有類芳烴結(jié)構(gòu)的 C-N雜環(huán),因而具有良好的熱穩(wěn)定性,在空氣中600℃下仍然可以穩(wěn)定存在。g-C3N4具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在水、乙醇、N N二甲基甲酰胺、*、甲苯及稀的酸、堿等多種溶劑中均可穩(wěn)定存在。由于具有類似于石墨的層狀結(jié)構(gòu)，理想單層結(jié)構(gòu)的g-C3N4的比表面積理論值可高達(dá) 2500m2.g-1。g-C3N4,制備成本較低，且其僅含有碳和氮這兩種地球上含量豐富的元素,因此可以通過簡單方法對其組成進(jìn)行微調(diào)。此外，8-C3N 的聚合物屬性不僅使其在分子水平上的改性和表面功能化更加容易,也使其物理結(jié)構(gòu)具有充分的柔性，可以作為較好的載體負(fù)載各種無機納米粒子，有利于g-CN4基復(fù)合材料的制備。聚合物氮化碳可以通過熱縮聚一些低成本的富氮前驅(qū)體來簡單地制備，這些前驅(qū)體包括但不局限于氰胺、雙氰胺、三聚氰胺、硫脲和尿素等，如圖 3-2和表 3-1所示。
此外，也有少量的研究報道用電化學(xué)沉積法和溶劑熱法制備 g-C3N4。然而，用傳統(tǒng)方法制備的氮化碳材料通常光催化效率較低。半導(dǎo)體的光生電子和空穴的復(fù)合過程(約為 10-9s)比表面催化反應(yīng)過程(10-8~10-1s)要快得多，這就導(dǎo)致大多數(shù)載流子被浪費，從而降低太陽能轉(zhuǎn)化效率。因此，構(gòu)建復(fù)合光催化劑對于改善氮化碳材料的電荷分離和擴(kuò)展其光吸收能力具有重要的意義。同時，反應(yīng)物分子或離子的吸附和活化以及產(chǎn)物分子的脫附是影響表面催化過程的關(guān)鍵因素,故還需要通過有效的策略來改進(jìn)光催化劑的表面性質(zhì)，促進(jìn)表面催化反應(yīng)。
中文名稱 | 分子式
| 基本理化性質(zhì) |
氰肢(單氰胺) | CH2N2
| 密度為1.282g.cm-3(20℃)；在水中的招解度為4.59kg.L-1(20℃)；熔點為46℃；沸點為83℃(50.66kPz)；其水溶液呈弱酸性，30%氰胺溶液的pH為4.5 |
二氯二胺(雙氰胺) | C2H4N4
| 白色晶體:密度為1.4g.cm-3(25℃):熔點為207～209℃；沸點為(229.8士23.0)℃(760mmHg);13℃時在水中的溶解度為2.26%，在熱水中溶解度較大，水溶液在80℃時可逐漸分解產(chǎn)生氨；13℃時在無水乙醇、yimi中的溶解度分別為1.26%和0.01%:溶于液氨，不落于苯和氯仿 |
三聚氰胺 | C3H6N6
| 純白色單斜梭晶體:密度為1.57gcm-3(20℃);常壓下熔點為354℃(分解)；沸點為299.696℃(760mmHg)；快速加熱升華，升華溫度為300℃;水溶液呈弱堿性(pH＝8)；在水中溶解度隨溫度升高面增大，20℃時溶解約為3.3g.L-1，微溶于冷水，溶于熱水，極微溶于熱乙醇，不溶于醚、苯和四氧化碳，可溶于甲醇、甲醯、乙酸、熱乙二醇、甘油、吡啶等 |
三聚氰氯 | C3N3CI3
| 白色結(jié)晶粉末:密度為1.32gcm(25℃):熔點為146℃:沸點為209.523℃(760mmHg):溶于氯仿、四氯化碳、乙醇yimi、丙酮、二惡烷、苯、乙腈，不溶于水等其他溶劑；在空氣中不穩(wěn)定，有揮發(fā)性和刺激性；遇水和堿易分解成三氧氰酸，同時釋放出鹽酸氣體，呈煙霧狀 |
三聚硫氰酸 | C3H3N3S3
| 淡黃色粉末;逸點為242.5℃(760mmHg);熔點及分解溫度在 320℃以上;難溶于水(20℃) |
三聚氰酸 | C3H3N3O3
| 無色或白色晶體;有吸濕性;密度為1.768-3g.cm(0℃);360℃時會分解;飽和水溶液呈酸性(pH=3.8~4.0);溶于熱水、熱醇、吡啶，溶于濃鹽酸及硫酸而不分解，也溶于*和氫氧化鉀水溶液，不溶于冷水、醇、醚、丙酮、苯和氯仿 |
尿素 | CO(NH2)2
| 無色或白色針狀或棒狀結(jié)晶體，含氮量約為46.67%;熔點為132.7℃;密度為1.335g.cm-3(25℃);沸點為196.6℃(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓);溶于水、甲醛、液態(tài)氨和醇，難溶于yimi、氯仿;水溶性為1080g·L-1(20℃)，呈弱堿性 |
硫脲 | CS(NH2)2
| 白色而有光澤的晶體;相對密度為1.41(水);熔點為176~178℃;真空下在150~160℃時升華，180℃時分解;20℃時在水中的溶解度為 137g·L-1，加熱時能溶于乙醇，極微溶于yimi |
鹽酸胍 | CH6CIN3
| 白色結(jié)晶體;密度為1.18g.cm-3(25℃):沸點為132.9℃(760mmHg):熔點為181~183℃;溶解性:20℃時在100g水中可以溶解228g，在100g甲醇中可以溶解76g，在100g乙醇中可以溶解 24 g，幾乎不溶于丙酮、苯和yimi;pH為6.4 (4%水溶液，25℃) |
產(chǎn)品展示
鑫視科shinsco是為研究和開發(fā)催化劑、新化工工藝而設(shè)計和制造試驗裝置的專業(yè)公司。主要業(yè)務(wù)包括微反、小試、中試、模擬和化工試驗裝置。主要服務(wù)對象為石油、石化、化工、煤化工、能源環(huán)保和醫(yī)藥等行業(yè)的研究機構(gòu)。裝置生產(chǎn)形式是根據(jù)客戶的特定需求而進(jìn)行的非標(biāo)定制。
鑫視科shinsco主要產(chǎn)品為：催化劑評價裝置、多通道固定床反應(yīng)器、高通量催化劑評價裝置、實驗室反應(yīng)裝置、催化裂化試驗裝置、煤化工裝置、加氫脫氫試驗裝置、蒸餾吸籌抽提裝置、聚合裝置、環(huán)保裝置、釜式反應(yīng)裝置、費托合成裝置、甲烷化裝置等。
