1. 研究目的与意义（文献综述）

日益加剧的全球能源短缺危机和环境问题正成为人类社会长期发展的严重威胁^[1]。为实现可持续的发展，各国政府和研究人员都在试图找到一种经济高效且绿色环保的方法解决这些问题。新兴的光催化技术能够利用太阳能催化降解和矿化环境污染物，具有无能耗、成本低和能彻底降解有机污染物等优点^[2]。这使得半导体光催化技术成为解决环境和能源问题最具有潜力的技术之一。但是传统的tio₂等光催化剂存在光响应范围较窄、太阳能利用率低，以及量子效率低等不足，严重限制了它们在现实中的应用^[3]。因此，开发大比表面积、高量子效率的高效可见光催化剂，已经成为半导体光催化技术发展的方向^[4]。

在寻找稳定且高效的可见光半导体光催化剂中，聚合物半导体石墨碳氮化物（g-c₃n₄）近来引起了极大的关注。g-c₃n₄具有高热稳定性^[5]（在空气中高达600℃时稳定）和水热稳定性^[6]（它不溶于酸性，中性或碱性溶剂），无毒且来源广泛，制备方法简单，可通过廉价原料如氰胺^[7]、脲^[8]、硫脲^[9]、三聚氰胺^[10]和双氰胺^[11]的一步聚合制备。同时g-c₃n₄具有独特的二维层状结构，有利于和其他组分复合调整结构，使该材料逐渐成为光催化领域的热点^[12]。

一般来说，半导体的光催化性能主要取决于其固有的物理化学性质，包括带隙结构、表面电子结构^[13]。在g-c₃n₄的应用过程中也面临一些问题，如电子-空穴复合太快、量子效率低、比表面积不够大、可见光响应范围较窄等。为解决这些问题，各研究人员做出了很多努力。通过调控催化剂的微观形貌，如单层化、孔状结构设计实现纳米化改性，可以改善上述不足。通过超声剥离^[14]、化学剥离^[14]、化学氧化^[15]、热氧化蚀刻^[15]可以实现g-c₃n₄的单层化^[16]。另外使用模板法也可以制备不同形态和结构的g-c₃n₄材料。其中比较具有代表性的是硬模板和软模版法。硬模板法的研究有：chen等人使用立方有序介孔二氧化硅（sba-15）用作合成有序介孔g-c₃n₄的硬模板^[17];fukasawa等人使用密集均匀的二氧化硅纳米球作为模板，氰胺作为前体制备反蛋白石型有序介观结构的g-c₃n₄ ^[18]。软模板的研究有：使用pluronic p123作为模板来制备三聚氰胺衍生的介孔g-c₃n₄ ^[19]；利用热处理过程中硫脲或尿素产生的气泡分解双氰胺并且诱导形成多孔结构的g-c₃n₄ ^[20]。软模板和硬模板各自具有不同的优缺点。软模板的形态具有多样性，同时软模板一般都很容易构筑，不需要复杂的设备。但是软模板结构的稳定性较差，因此通常模板效率不够高。硬模板具有较高的稳定性和良好的空间限域作用，能严格地控制纳米材料的大小和形貌。但硬模板结构比较单一，因此用硬模板制备的纳米材料的形貌通常变化也较少。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：sio₂纳米球作为硬模板，制备多孔的g-c₃n₄；通过改变初级sio₂纳米球的尺寸来获得不同孔径的多孔的g-c₃n₄。

材料表征与分析：通过xrd和n₂吸脱附测试对g-c₃n₄的物相和比表面积、孔径及分布进行表征分析，采用fesem、xps、ft-ir等对g-c₃n₄的显微形貌、孔结构、元素构成及化学键进行分析。

3. 研究计划与安排

第1—3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译；在任务书的基础上，明确研究内容，设计研究方案，确定实验技术路线，了解研究所需原料、仪器和设备；了解相关的结构和性能的测试方法；并完成开题报告；

第4—5周：按照研究方案，制备多孔g-c₃n₄；

第6—12周：采用xrd、n2吸/脱附、sem等测试技术对材料进行物相、显微形貌、孔结构等的表征，开展光催化性能测试与分析。第13—14周：总结实验数据，完成并修改毕业论文；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]caos, low j, yu j, et al. polymeric photocatalysts based on graphitic carbonnitride.[j]. advanced materials, 2015, 27(13):2150-2177.

[2]吴思展. 类石墨氮化碳(g-c₃n₄)的合成、加工处理、修饰及其光催化性能的研究[d]. 华南理工大学, 2014.