下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
氮化碳以其原料价格便宜、光催化活性较高、稳定性好，尤其是它不含金属元素的突出优点，使它成为一种新型的光催化剂 ［1-4］ ，但是，单一相氮化碳催化剂通常因其量子效率低而使其光催化活性表现不够高 ［5］ 。由于氮化碳（g-C 3 N 4 ）材料的光生电子与空穴的复合率比较高，从而导致了其光催化效率也比较低 ［6］ ，这就限制了它在光催化技术方面的应用。最近几年，研究人员为了提高氮化碳（g-C 3 N 4 ）光催化活性，研究了许多修饰方法。对氮化碳（g-C 3 N 4 ）进行修饰的非金属包括S、C、B、F、N、P等元素，普遍认为这些非金属元素取代了3-s-三嗪结构单元中的C、N、H元素，使得氮化碳（g-C 3 N 4 ）形成晶格缺陷，从而导致其光生电子与空穴对获得有效分离，也就导致了其光催化活性得到有效提高。Zhang等 ［7］ 研究了P掺杂g-C 3 N 4 催化剂制备方法，他们利用双氰胺与BmimPF 6 充分混合，经过高温煅烧，冷却后获得磷掺杂氮化碳（g-C 3 N 4 ）光催化剂，其研究表明：经过XPS分析磷元素取代了结构单元中的碳，少量磷掺杂虽然不能改变氮化碳（g-C 3 N 4 ）结构，然而，使得氮化碳（g-C 3 N 4 ）电子结构得到明显改变，光生电流也得到明显地提高。Yan等 ［8］ 以三聚氰胺、氧化硼为前驱体，将二者的混合物加热分解制备了B掺杂g-C 3 N 4 ，其研究表明：XPS光谱分析显示B元素取代了g-C 3 N 4 结构中的H元素，另外，通过光催化降解罗丹明B染料阐明了B掺杂g-C 3 N 4 同时提高了催化剂对光吸收能力，并且，光催化降解罗丹明B的效率得到较大提高。Liu等 ［9］ 报道：在H 2 S气氛里，把g-C 3 N 4 于450℃煅烧制备了具有特殊结构的硫元素掺杂g-C 3 N 4 的CNS催化剂，通过XPS分析表明硫元素取代了g-C 3 N 4 结构中的氮元素。其结果表明：当λ＞300及420nm时，硫元素掺杂g-C 3 N 4 催化剂光催化分解水产氢的效率分别比纯g-C 3 N 4 提高了7.2和8.0倍。Wang等 ［10］ 研究了B、F掺杂g-C 3 N 4 光催化剂，其采用NH 4 F做氟源与DCDA结合制得氟掺杂g-C 3 N 4 催化剂（CNF）。其结果显示氟已掺入g-C 3 N 4 的骨架中，并形成了C—F键，导致其中一部分sp 2 C转化为sp 3 C，因此造成g-C 3 N 4 平面结构不规整。并且，随着氟掺杂质量增加，CNF对可见光吸收范围也随着扩大，然而，其对应的能带宽度从2.69eV降到2.63eV。接着他们又用BH 3 NH 3 做硼源，制备了磞掺杂的CNB光催化剂 ［11］ ，并经过表征分析发现磞掺入取代了g-C 3 N 4 结构中的碳元素。Lin等 ［12］ 以四苯硼钠作磞源，在掺杂磞的同时，又由于苯基离去作用导致g-C 3 N 4 形成薄层结构，其层厚在2~5nm范围内，从而降低了光生电子到催化剂表面所需要消耗的能量，也就提高了光催化效率。
在理论的指导下，研究人员采用各种手段试图合成这种新的高硬度、低密度的非极性共价键化合物 ［13］ 。惯用制备法：振荡波压缩 ［14］ 、高压热解 ［15］ 、激光烧蚀、离子注入 ［16］ 、低能离子辐射 ［17］ 、离子束沉积 ［18］ 、反应溅射 ［19］ 、化学气相沉积 ［20，21］ 、脉冲激光诱导 ［22］ 、电化学沉积 ［23，24］ 、电弧放电 ［25，26］ 等方法。然而，所制备的这种超硬材料并不是很理想，其原因主要为制备产物大多数为非晶态碳化氮薄膜，只有少数实验 ［27］ 获得纳米级碳化氮晶体颗粒镶嵌在非晶态薄膜中，很难获得大颗粒晶体。另外，目前尚没有天然存在标样，并且，因为氮化碳几种相态能量比较接近，所制备薄膜很难获得单一相氮化碳化合物，造成对这种材料表征存在很大困难，例如，如何准确解释红外光谱（FT-IR）吸收峰位置 ［21］ ，如何解释X射线衍射（XRD）或透射电镜（TEM）结果与理论值之间存在较大差别 ［28］ ，如何解释Raman光谱仅表现为石墨或无定形炭的特征光谱 ［29］ 等，这些困难的存在，目前，导致氮化碳研究进展比较缓慢。然而，另外一些结果展示非晶态碳化氮薄膜也具有很高硬度 ［30］ 、耐磨性 ［31］ 、储氢性能 ［32］ 及优异的场发射性能 ［33］ 、气敏性能 ［34］ 等，都应该引起研究人员进行深入研究。