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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)域的一種常用半導體材料。g-C3N4的歷史可以追溯到19世紀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，且具有良好的導熱性能。
1996年，Teter和Hemley利用第一性原理對C;N4的結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)性的計算分析，提出a相、B相、c相(立方相)、p相(準立方)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才被逐漸應用于多相催化領(lǐng)域。研究者們通常出道認為 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體，作為一種聚合物半導體，g-C3N4:具有諸多特點。其帶隙約為2.7eV，導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用于很多光催化反應中110.1。其導帶底位置較水的還原電勢更負，也較CO2轉(zhuǎn)化為碳燃料的還原電勢更負，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具有良好的化學穩(wěn)定性，在水、乙醇、N N二甲基甲酰胺、四氫呋喃、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 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載各種無機納米粒子，有利于g-CN4基復合材料的制備。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。半導體的光生電子和空穴的復合過程(約為 10-9s)比表面催化反應過程(10-8~10-1s)要快得多，這就導致大多數(shù)載流子被浪費，從而降低太陽能轉(zhuǎn)化效率。因此，構(gòu)建復合光催化劑對于改善氮化碳材料的電荷分離和擴展其光吸收能力具有重要的意義。同時，反應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光催化劑的表面性質(zhì)，促進表面催化反應。
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，也溶于氫氧化鈉和氫氧化鉀水溶液，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℃(標準大氣壓);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、新化工工藝而設計和制造試驗裝置的專業(yè)公司。主要業(yè)務包括微反、小試、中試、模擬和化工試驗裝置。主要服務對象為石油、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行的非標定制。
鑫視科shinsco主要產(chǎn)品為：催化劑評價裝置、多通道固定床反應器、高通量催化劑評價裝置、實驗室反應裝置、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、釜式反應裝置、費托合成裝置、甲烷化裝置等。
