多孔棒状的硫掺杂石墨相氮化碳的制备及其优异的光催化降解RhB性能
前言
近年来，随着污水排放量的明显增加，水污染问题越来越受到人们的关注，21世纪，能源的短缺和环境的污染已经成为了影响人类社会发展的重大问题，太阳光作为一种清洁能源，在环境催化方面受到了广泛的研究和关注。但是，目前常见的光催化剂对太阳光中占45％的可见光部分能量利用效率低，这在很大程度上限制了其在现实中的应用。利用光催化剂将取之不尽的太阳能转化为人类可直接利用的能量，将各种有机和无机的污染物完全矿化和降解，是目前可再生清洁能源研究的一个方向，半导体介导的光催化技术被认为是环境污染物消除和能源转化最吸引人的方法，比如降解有机污染物和分解水产生氢[1-3]，目前，已经开发了数百种用于光催化剂的功能材料，如许多金属氧化物，氮化物，硫化物等[4-6]，因此，研究具有多功能的新材料，用于半导体光催化和有机催化来推进环境的改善，具有重大的意义。在众多光催化剂中，具有独特结构的石墨相氮化碳g-C3N4由于其良好的光催化性能，成为了目前研究的热点，相比于其他的光催化剂，它的优点十分突出：能够吸收可见光、热稳定性和化学稳定性良好，并且无毒、来源丰富、制备成型工艺也简单。另外，氮化碳晶体的实验合成具有两方面的意义，一方面，在理论与预测中，硬度以及其他方面的优良性能预示着氮化碳化合物有可能作为一种重要的新型功能材料在各个领域都有着广阔的应用前景，另一方面，作为第一种完全通过理论预测提出的材料，宏观尺度氮化碳晶体实验室的合成成功，标志着新材料合成由传统的经验，半经验探索到在理论指导下进行的跨越，将会成为材料科学发展史上的一块里程碑，所以，对不同结构氮化碳材料的制备和研究具有重大意义。
研究现状
在过去的几年里，聚合物石墨化碳氮化碳（g-C3N4）由于其出色的催化和光催化活性而引起了广泛关注，g-C3N4已经被认为在许多应用方面都有用:例如，无金属光催化剂[7]方面，水分解[8-11]方面，污染物降解[12 - 14]方面，甚至更多，人们对聚合物石墨化氮化碳也进行了反复的研究，例如，Thomas等[15]通过采用三聚氰胺氰尿酸（CM）超分子复合物作为开始材料，制备了像花一样的,分层的球形结构的g-C3N4，Shalom等[16]通过改变CM的形成溶液，合成了具有不同形态的空心g-C3N4，除此之外,具有纳米结构的g-C3N4是由CM凝结而成的，其光催化活性均高于大部分用三聚氰胺(MA)制备的g-C3N4，因此,这是一个以三聚氰胺为基础的用超分子复合物作为前驱体的有潜力的合成多孔g-C3N4的方法，通过加热三硫氰尿酸（MT）超分子复合物合成了硫掺杂的g-C3N4多孔材料，据报道Tri-thiocyanuric酸（TTCA）可以通过强叠加形成棒状复合体[15]，此外, 由于具有独一无二的电子结构，TTCA具有良好的光催化活性[16-17]，也是制备掺硫的g-C3N4的良好前驱体，因此，人们期望通过用超分子复合体作为前驱体将纳米结构和硫掺杂的g-C3N4结合在一种材料中，由于硫掺杂和纳米结构的协同作用，会让其显示较好的光催化活性，最后制得的样品根据其化学结构，形态，光学和电子特性被表征，其光催化活性的测定可以通过评估在可见光的照射下，所获得样品对RhB染料行降解测试。
本课题的研究意义及基本内容
氮化碳存在五种同素异形体，即alpha;相，beta;相，立方相，准立方相和石墨相，其中石墨化氮化碳在室温下最为稳定，由于其化学热稳定性好，无毒且原料易得，不含金属等优异的性能而受到广泛关注，本课题主要是对石墨化氮化碳不同结构的制备和其性能研究，主要涉及具高比表面积、高活性位点的不同结构形貌的氮化碳材料的制备及其在光催化方面的应用，主要通过不同结构的氮化碳材料在可见光照射下降解RhB和一些有机污染物，还有其固氮和制氢气方面的作用，通过阅读相关的文献，设计出实验方案，控制不同反应条件和相应实验参数和调控所制备的氮化碳的不同结构形貌来制备性能优异的氮化碳材料，主要通过单氰胺，双氰胺等制备不同结构的氮化碳，然后将制得的氮化碳材料通过X射线衍射（XRD），透射电子显微镜（TEM）,扫描电子显微镜（SEM），傅氏转换红外线光谱分析仪（FI-IR）等表征手段进行表征。g-C3N4的发现拓宽了光催化领域催化剂的选择范围，夯实了光解水制氢和光催化降解有机污染物的基础。同时随着石油供应量的不断减少以及人们的环保意识不断加强，清洁能源的发展受到越来越多的关注。作为不含金属元素的光催化剂，g-C3N4能够极大地降低光解水生氢的成本，如能克服氮化碳本身的结构缺陷，有效利用太阳光，它必将成为未来生产清洁能源与环境治理的主流材料之一。
文献引用
[1] A. Mills, R.H. Davies, D. Worsley, Chem. Soc. Rev. 22 (1993) 417–425.
