1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，随着现代工业化的迅速发展，人们对能源的需求日益增大，消耗了大量的煤、石油、天然气等不可再生的化石燃料，并排放出二氧化碳二氧化硫氮化物等温室气体和有毒气体，造成严重的能源危机和环境恶化等问题，使人类面临严峻的生存挑战。光催化反应在太阳能的驱动下，既可以催化降解各类污染物，又可以催化分解水生成氢气和氧气，是一种绿色、高效、能解决能源和环境污染问题的有效方法。半导体光催化剂通过直接利用太阳光来驱动一系列重要的化学反应，将低密度的太阳能转化为高密度的化学能或直接降解和矿化有机污染物，在解决能源短缺和环境污染等方面表现出巨大的潜力，受到世界各国的高度重视，光催化技术为环境的净化提供了一条重要途径。作为传统光催化材料如zno、tio₂因其光响应范围窄和量子效率低而限制了其应用。g-c₃n₄作为一种新型的非金属聚合物半导体光催化材料因其成本低、高稳定性和优异的光催化性能而备受关注。

氮化碳独特的分子结构使其具有特殊的理化性质，不同物相的理化性质各有不同。g-c₃n₄的结构与石墨相似，层与层之间的范德华力使其具有良好的热稳定性和化学稳定性。具体表现为g-c₃n₄在空气中加热到600℃也不分解，不溶于水、乙醇、丙酮、二氯化碳和n,n-二甲基甲酰胺等很多常见的溶剂。同时g-c₃n₄还具有耐强酸和强碱性，在ph=1的hcl溶液和ph=14的naoh溶液中也依然稳定近年来有关g-c₃n₄的制备方法、功能性质以及在不同领域的应用引起国内外科研工作者的广泛关注，氮化碳材料的研究也真正地进入了一个新的历史时期。

石墨相氮化碳表面有丰富的未完全缩聚的氨基团、独特的电子结构和卓越的化学稳定性，在催化领域逐渐引起了人们的重视。例如，2006年，m.antonietti课题组首次将介孔g-c₃n₄材料用于催化苯进行进friedel-crafts crafts酰化反应，并由此拉开了g-c₃n₄用于催化反应的序幕。之后，g-c₃n₄很快被应用于众多的有机催化反应如氧化烷烃反应、氧化烯烃反应、氧化醇反应、氧化杂化原子反应、催化加氢反应、π键及苯环体系的活化及no的还原等。2008年，wang等率先将g-c3n4应用于光催化产氢的反应，测试了g-c₃n₄的吸收带边约为420nm，而且理论预测其具有应用于光催化制氢、制氧反应的合适的价带和导带位置。通过光催化制氢的循环实验发现，g-c₃n₄光催化性能稳定，归结于其稳定的高聚物结构。虽然块状的g-c₃n₄在420~460nm区间的量子产率仅是0.1%，但是作为一种非常有前景的高稳定非金属，且能够吸收可见光的聚合物光催化剂，仍然逐渐成为研究热点。随后，yang等将g-c₃n₄应用于光降解有机污染物。由光催化降解甲基橙（mo）的实验结果可以看出，g-c₃n₄在可见光的条件下的光催化降解有机物的性能高于具有一定可见光响应的n掺杂tio₂，因而其具有较高的实用价值。mao]和niu等人的研究表明石墨相氮化碳在光照下能够将二氧化碳还原成甲醇、甲烷等有机物燃料，实现在非金属光催化体系中，利用光催化技术转化太阳能的途径。目前，lin及其合作者制备出纳米多孔石墨相氮化碳，在405nm波长的光照下，其产氢的表观量子效率高达50.7%，这是迄今为止报道的基于g-c₃n₄最高量子效率，其应用前景十分广阔。因此，wang及其合作者研究工作开辟了g-c₃n₄用于光催化反应的先河。

g-c₃n₄作为有机半导体在材料科学和催化领域作为非金属催化剂的应用被发现，激励着研究者对其在新型领域的应用做大量的工作。g-c₃n₄及其修饰物在多相催化和绿色化学等领域的应用探索至今一直处于研究前沿。如福州大学的王心晨教授研究同德国马普胶体与界面研究所联合开展了很多g-c₃n₄在能源和光催化方面的基础与应用研究。浙江大学王勇课题组进行了大量 g-c₃n₄在选择性氧化和加氢领域的应用探索。

2. 研究的基本内容与方案

本课题通过热处理不同前驱体的方法获得石墨相氮化碳（g-c₃n₄），研究不同前驱体对g-c₃n₄形貌、尺寸和光催化性能的影响，探索异质结增强g-c₃n₄光催化活性的条件和机制；采用材料分析和测试技术对不同前驱体制备的g-c₃n₄进行表征，并考察不同前驱体制备的g-c₃n₄在光照条件下光催化降解染料模拟废水的性能，揭示其光催化机理。

1、分别采用二氰二胺、三聚氰胺、脲素、硫脲、盐酸胍经煅烧的的方法制备石墨相氮化碳（g-c₃n₄），比较不同前驱体对最终形成的g-c₃n₄形貌、尺寸、比表面积、光吸收性能和可见光催化活性的影响。

2、以硝酸镍为原料，研究金属离子掺杂g-c₃n₄的方法，探索掺杂金属离子对g-c₃n₄光催化活性增强的条件和机制。

3、分别采用x射线衍射、扫描电镜、透射电镜、紫外-可见漫反射光谱、n₂吸附-脱附等方法和手段对材料的组成、形貌、结构和性质等进行表征。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究目的，了解相关研究的国内外现状、

所需实验条件以及相关测试方法。确定研究内容、实验方案，完

成开题报告；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]f. chang, c.l. li, j.r. luo, y.c. xie, b.q. deng, x.f. hu, enhanced visible-light-driven photocatalytic performance of porous graphitic carbon nitride, appl. surf. sci. 358 (2015) 270-277.

[2]k. wang, q. li, b.s. liu, b. cheng, w.k. ho, j.g. yu, sulfur-doped g-c₃n₄ with enhanced photocatalytic co₂-reduction performance, appl. catal. b: environ. 176 (2015) 44-52.

[3]kroke e, schwarz m. novel group 14 nitrides [j]. coordi-nation chemistry reviews, 2004, 248（5）: 493-532.