簡介

g-C3N4是一種典型的聚合物半導體，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的最高占據(jù)分子軌道（HOMO），Cpz軌道組成最低未占據(jù)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具有非常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(tǒng)的TiO2光催化劑相比， g-C3N4還能有效活化分子氧，產生超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。

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(huán)(C3N3，圖1左圖)和3-s-三嗪環(huán)(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(huán)結構較三嗪環(huán)結構連接而成的g-C3N4更穩(wěn)定

禁帶寬度：2.7 e?

分子量：92 層間距：0.326nm?

外觀：淡黃色粉末 比表面積：46.87m2/g?

晶體結構：類石墨相 孔容：0.3099cc/g?

空間構型：平面二維片層結構 孔尺寸：26.45nm?

酸堿性：中性 松裝密度：約0.114g/cm3?

中文名：類石墨相氮化碳 水溶性：微溶于水

毒性：無毒，粉末吸入會引起呼吸道疾病?

英文名：Graphitic carbon nitride?

應用方向：可見光催化材料、催化劑載體、儲能、傳感等方向?

發(fā)展：

1996年Teter和Hemley采用第一性原理對C3N4重新計算，提出C3N4具有5種結構，即α相、β相、c相、p相和g相，其中前四種為超硬材料，而g-C3N4是軟質相，在常溫常壓下穩(wěn)定。

·2006年g-C3N4開始應用于多相催化領域，由福州大學王心晨教授課題組于2009年證實g-C3N4非金屬半導體可以在光照下催化水產生氫氣。

·近年來，由于特殊的結構和優(yōu)異的性能， g-C3N4成為研究熱點，也有企業(yè)成功實現(xiàn)量產并推動g-C3N4在光催化領域的商業(yè)化應用。

光催化

g-C3N4受光激發(fā)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

優(yōu)點：

1、可見光響應

g-C3N4作為新型非金屬光催化材料與傳統(tǒng)的TiO2光催化劑相比， g-C3N4 吸收光譜范圍更寬，不需要紫外光僅在普通可見光下就能起到光催化作用；同時，比起TiO2，g-C3N4更能有效活化分子氧，產生超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，更適用于室內空氣污染治理和有機物降解。

2.穩(wěn)定無毒無污染

·g-C3N4具有良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。 g-C3N4能在高溫下性能穩(wěn)定。在超過600℃時熱穩(wěn)定性才會開始下降。

·g-C3N4能在強酸強堿下保持性能穩(wěn)定

3.易制備

·g-C3N4能通過多種富氮前驅體（如雙氰胺、尿素、三聚氰胺、硫脲等）、多種制備手段制得，具有工藝流程短、使用設備少、對設備要求低

光催化反應

光催化反應的本質是氧化還原反應，當半導體光催化材料受到光照射時會吸收光能，一旦能量超過其閾值時材料將受到激發(fā)，從而產生光生電子（e-）和空穴（h+），電子和空穴遷移到催化材料表面，其中電子被溶解氧所捕獲形成超氧自由基（·O2-），而空穴則將吸附在催化劑表面，將水和氫氧根離子氧化成羥基自由基（·OH），這兩類物質均具有很強的氧化性，從而將材料表面的污染物/細菌氧化成CO2和H2O，最終起到防污、除菌和凈化功能。

催化劑載體和儲能材料

·g-C3N4納米材料由于具有優(yōu)異的化學惰性、較高的比表面積和種類豐富的納米多級結構，常被用作傳統(tǒng)催化領域綠色載體和儲能材料。 [1]?

有機反應催化劑

·g-C3N4由于獨特的化學組成和π共軛電子結構， 具有較強的親核能力、易形成氫鍵以及Bronsted 堿功能和Lewis堿功能， 使其可以成為一種多功能的催化劑， 應用于傳統(tǒng)的有機催化反應中。

參考百度