石墨相的氮化碳（g-C3N4）是一種直接帶隙半導(dǎo)體，理想條件下室溫禁帶寬度為2.7eV左右，因?yàn)榫哂信c碳材料相似的層狀堆積結(jié)構(gòu)和sp2雜化的π共軛電子能帶結(jié)構(gòu)，因此g-C3N4被認(rèn)為是最有可能代替碳材料的新型應(yīng)用功能材料。近年來(lái)，因?yàn)間-C3N4被發(fā)現(xiàn)在可見(jiàn)光下具有良好的光催化活性，作為一種新興的非金屬可見(jiàn)光催化劑得到了國(guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注和研究。本文制備的g-C3N4基功能材料，通過(guò)X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線光電子能譜儀（XPS）、傅里葉紅外光譜（FTIR）、紫外可見(jiàn)漫反射光譜（DRS）、氮吸附脫附測(cè)試表征了其形貌和結(jié)構(gòu)，評(píng)價(jià)了材料的催化活性，探索了光催化活性增強(qiáng)的機(jī)理。本論文主要研究?jī)?nèi)容包括：（1）利用改良的溶液高溫?zé)峋酆戏�，選擇有機(jī)物三聚氰胺做為前驅(qū)體,在不使用任何模板的前提下分別制備出g-C3N4納米棒、微米錐、多孔四棱柱三種準(zhǔn)一維形貌的g-C3N4材料。通過(guò)溶液中產(chǎn)生銨鹽的誘導(dǎo)作用，有效改善了傳統(tǒng)熱聚合法制備樣品團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重、微觀形貌單一、不規(guī)則的現(xiàn)象，使其光催化活性較體相g-C3N4有顯著提高。通過(guò)分析三種光催化劑的催化降解... 

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C3N4五種同素異形體的晶體結(jié)構(gòu)圖

結(jié)構(gòu)中每個(gè)碳氮鍵的鍵長(zhǎng)和鍵能都相等，這是一種與苯環(huán)機(jī)環(huán)狀結(jié)構(gòu)。2008 年，Markus Antonietti 教授[20]對(duì) g-C3N4的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了為實(shí)驗(yàn)合成 g-C3N4可能存在兩種結(jié)構(gòu)，單個(gè)三嗪環(huán)通過(guò)末端的 N 原子相3N4結(jié)構(gòu)，以及三個(gè)聚合的三嗪環(huán)(七嗪環(huán))通過(guò)末端的 N 原子相連構(gòu)成的如圖 1.2 所示，三嗪環(huán)構(gòu)成的 g-C3N4結(jié)構(gòu)中，環(huán)內(nèi)的 C-N 鍵長(zhǎng) 0.1315 nm， 116.5°；環(huán)外的 C-N 鍵長(zhǎng) 0.1444 nm，C-N-C 鍵角為 116.5°。七嗪環(huán)4結(jié)構(gòu)中，環(huán)內(nèi)的 C-N 鍵長(zhǎng) 0.1316 nm，C-N-C 鍵角為 116.6°；環(huán)外的 C-2nm，C-N-C-鍵角為 120.0°[21]。兩種結(jié)構(gòu)中，七嗪環(huán)構(gòu)成的 g-C3N4的聚過(guò)密度泛函理論(DFT)理論計(jì)算，縮聚反應(yīng)的過(guò)程中，七嗪環(huán)構(gòu)成的 g-穩(wěn)定, 其熱力學(xué)能量比三嗪環(huán)構(gòu)成的 g-C3N4結(jié)構(gòu)低約 30kJ/moll[22]，因此，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)合成過(guò)程中該種結(jié)構(gòu)更容易被合成，七嗪環(huán)經(jīng)常是構(gòu)成實(shí)C3N4片層結(jié)構(gòu)的單元[23,24]，但也要在具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分析。

圖 1.3 理論計(jì)算 g-C3N4的熱聚合反應(yīng)路徑Figure 1.3 Reaction path for the formation of g-C3N41.1.4 石墨相碳氮化合物的性質(zhì)及應(yīng)用2009 年，wang[43]等人為了進(jìn)一步確定 g-C3N4的電子結(jié)構(gòu)，通過(guò)密度泛函理論算得到：melam 分子中，最高占據(jù)軌道(HOMO)和最低空軌道之間的帶隙為 3聚合 melon 分子體系的帶隙則為 2.6eV，若是聚合 melon 分子體系的范圍延伸，其帶隙則會(huì)進(jìn)一步縮小至 2.1eV，其具體能帶結(jié)構(gòu)如圖 1.4a 所示。因?yàn)槿辈煌耆葐?wèn)題，實(shí)際合成的 g-C3N4帶隙大多在 2.6-2.8eV 之間。從 g-C3N4的我們可以認(rèn)為 g-C3N4是一種具有各向異性電子結(jié)構(gòu)的直接帶隙半導(dǎo)體，能帶點(diǎn)為τ，并且只沿 τ -x方向離散。基于 Kohn-Sham 方法計(jì)算出聚合 melon 分和導(dǎo)帶軌道圖分別如圖 1.4b，c 所示，melem 單體中價(jià)帶的波函數(shù)是來(lái)源于pz軌道的HOMO 能級(jí)的組合，而導(dǎo)帶的波函數(shù)是來(lái)源于碳原子的pz軌道的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石墨相氮化碳的化學(xué)合成及應(yīng)用[J]. 張金水,王博,王心晨.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2013(09)
[2]染料廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 岳治杰.  黑龍江環(huán)境通報(bào). 2012(03)
[3]g-C3N4及改性g-C3N4的光催化研究進(jìn)展[J]. 馮西平,張宏,杭祖圣.  功能材料與器件學(xué)報(bào). 2012(03)
[4]可控形貌納米ZnO制備及光催化應(yīng)用研究[J]. 呂曉猛,賈瑛,劉田田,張淑娟.  應(yīng)用化工. 2012(04)
[5]水熱法可控合成ZnO納米棒及其光催化性能研究[J]. 盧紅霞,於秀君,韓艷麗,范冰冰.  鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2012(02)
[6]類石墨結(jié)構(gòu)碳氮材料的制備及其在有機(jī)化工催化中的應(yīng)用[J]. 江根鋒,周春暉,何雪華,童東紳,夏厚勝.  工業(yè)催化. 2008(10)
[7]氮化碳晶體的研究進(jìn)展[J]. 馬志斌.  新型炭材料. 2006(03)
[8]氮化碳（C3N4）的研究進(jìn)展[J]. 吳現(xiàn)成,劉國(guó)漢,陳光華.  甘肅科學(xué)學(xué)報(bào). 1999(03)
[9]氮化碳的制備、結(jié)構(gòu)和性能[J]. 陳天兵,李宗全.  材料科學(xué)與工程. 1998(04)



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