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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

当今人类大量地使用传统化石能源，并且在未来的几十年内其需求量还会增加，使人类面临的能源危机越来越严重；同时伴随着化石燃料的燃烧，大量废气的排放也导致了更加严峻的环境问题。面对这些问题，寻找出可以替代传统能源的新型能源的任务被提上日程，在众多的可替代能源中由于光催化的半导体材料具有来源丰富，清洁环保等众多优点从而脱颖而出。在近年来的半导体研究中注重于将太阳能直接转化为可被使用的能源，但材料的转换效率都不是很可观；因此需要找到光催化活性强性能活跃的半导体光催化材料是清洁的太阳能能被大量利用的关键。g-c₃n₄作为一种新的高分子半导体材料，具有性能优越、便于制取、原料来源丰富等众多优点。更重要的是g-c₃n₄的可设计性很好，在试验中可以通过不同的前驱体，如尿素、单氰胺、双氰胺、硫脲等制取不同形态的g-c₃n₄。

国内外研究现状

2009年王心晨首次发现无金属共轭半导体g-c₃n₄对h₂的光催化作用；自此对g-c₃n₄的研究变得火热，目前所知的g-c₃n₄基于异质结光催化原理根据能带关系大体分为下图中三种：

g-c₃n₄异质结光催化剂原理的研究中主要是基于第二种结构，由于能级的错列使电子空穴对流向不同的两极达到分离的目的，获得稳定的光催化活性实现对太阳能的高效利用。在近年来的报告和论文中，关于g-c₃n₄异质结的组成有金属/g-c₃n₄异质结、无机半导体/g-c₃n₄异质结、同型g-c₃n₄/g-c₃n₄异质结、碳/g-c₃n₄异质结、有机导体/g-c₃n₄异质结、敏化剂/g-c₃n₄异质结和三元g-c₃n₄异质结。在此基础上，对同型g-c₃n₄/g-c₃n₄异质结的研究中，以硫脲、尿素、三聚氰胺、硼掺杂g-c₃n₄等前驱体的多种组合设计同形异质结提高g-c₃n₄的光催化效率。

2. 研究的基本内容

利用尿素和单腈胺两种不同的合成g-C₃N₄的前驱体，经过单独煅烧和混合煅烧分别制备光催化剂进行对比实验，并系统调节二者相对比例制备一系列g-C₃N₄/g-C₃N₄异质结光催化剂。煅烧过程在N₂气氛中进行，使制得的g-C₃N₄蓬松化，以保持晶体结构、增加表面积、提高表面反应活性。对样品用TEM、XPS等表征，分析g-C₃N₄/g-C₃N₄异质结光催化剂的结构，在对比其光催化活性的基础上进行相关机理探讨。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

一、实验方案

1. 合成g-c₃n₄(尿素)：取2.5g尿素置于坩埚中，空气氛围中520℃热处理4h，升温速率25℃/min。

2. 合成g-c₃n₄(单氰胺)：取3g单氰胺置于坩埚中，n2氛围中550℃热处理4h，升温速率2.5℃/min。

4. 参考文献

[1] wj. ong, ll. tan, yh. ng, st. yong, sp. chai. graphitic carbon nitride(g-c₃n₄)-based photocatalysts for artificial photosynthesis and environmental remediation: are we a step closer to achieving sustainability [j]. chem. rev., 2016, 116(12), 7159-7329.

[2] f. dong, zw. zhao, t. xiong, zl. ni, wd. zhang, yj. sun. in situ construction of g-c₃n₄/g-c₃n₄ metal-free heterojunction for enhanced visible-light photocatalysis [j]. acs appl. mater. interfaces, 2013, 5, 11392-11401.

[3] hq. li, yx. liu, x. gao, c. fu, xc. wang. facile synthesis and enhanced visible-light photocatalysis of graphitic carbon nitride composite semiconductors [j]. chemsuschem, 2015, 8, 1189-1196.