石墨相氮化碳 g-C3N4聚合物半導體材料

g-C3N4是一種的聚合物半導體，其結構中的CN原子以sp2雜化形成高度離域的π共軛體系。其中Npz軌道組成g-C3N4的高占據分子軌道（HOMO），Cpz軌道組成未占據分子軌道（LUMO），禁帶寬度~2.7 eV，可以吸收太陽光譜中波長小于475的藍紫光。

  g-C3N4具有合適的半導體帶邊位置，滿足光解水產氫產氧的熱力學要求。

此外與傳統的TiO2光催化劑相比， g-C3N4還能活化分子氧，產生氧自由基用于有機官能團的光催化轉化和有機污染物的光催化降解。

中文名類：石墨相氮化碳

外文名：Graphitic carbon nitride

化學式：g-C3N4禁帶寬度2.7 eV

外觀：淡粉末

晶體結構：類石墨相

結構：

g-C3N4是一種近似石墨烯的平面二維片層結構，有兩種基本單元，分別以三嗪環(C3N3，圖1左圖)和3-s-三嗪環(C6N7，圖1右圖)為基本結構單元無限延伸形成網狀結構，二維納米片層間通過范德華力結合。Kroke等通過密度泛函理論（DFT）計算表明3-s-三嗪環結構較三嗪環結構連接而成的g-C3N4更穩定。

圖1 g-C3N4分子結構

g-C3N4光催化原理

Schematicillustration of photoexcitedelectron?hole pairs in g-C3N4 with possible decay pathways. A and D denoteelectron acceptor and electron donor, respectively.

g-C3N4受光激發產生電子-空穴對的示意圖

hν表示光子能量，A表示電子受體，D表示電子供體

制備方法

·g-C3N4的制備方法主要分為物理法和化學法

·1.固相反應法

·固相反應法制備g-C3N4一般選擇含有三嗪結構的化合物作為反應前驅體，如三聚氰氯、三聚氰胺等，以LiN3、NaN3等作為氮源，在溫度下進行固相反應制得g-C3N4 。該方法可靈活地調整C/N摩爾比、可控制材料的納米結構和形貌。 [1]

·2.溶劑熱法

·溶劑熱法制備g-C3N4一般選擇以三聚氰胺、三聚氰氯等為原料，NH2NH2、Et3N等為溶劑在溫度下結晶合成。該方法具有反應條件溫和、構成易于控制和體系均勻性好等優點。 [1]

·3.電化學沉積法

·電化學沉積法近年來應用于g-C3N4薄膜的制備，該方法設備簡單、易于控制，能能降低反應體系溫度。 [1]

·4.熱聚合法

·熱聚合法通過熱誘導前驅物發生縮聚反應形成g-C3N4 ，是一種直接而簡便的材料制備方法，近年來逐漸成為制備g-C3N4的一種常用和重要的合成方法, 應用于制備g-C3N4基催化劑、催化劑載體和儲能材料等。 [1]

·熱聚合法選用富氮前驅體種類多、成本低，對設備和控制要求低，操作簡單，易于放大，成為規?；苽?/span>g-C3N4的途徑。

    發展前景：g-C3N4由于其結構和的性能，受到研究和應用方面關注，在能源、催化、傳感領域的潛在價值不斷被研究，且在化學、材料、物理、生物、環境、能源等領域取得重要成果。隨著科研人員和民眾對g-C3N4的認識不斷加深， g-C3N4在未來將會被應用于更多的領域、更多的場景中。

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小編：wyf  07.15