类石墨烯态C3N4光催化材料的合成、改性及其性能研究

In the recent years, many researches were focused on the enhancing of photocatalytic activity of C3N4. Though C3N4 has considerate activity now, it is difficult to use it in practical application. Theoretically, the graphene-like morphology of C3N4 is helpful to enhance its activity, but the relative investigation is rare, and the current results are not good enough. (1) The yield of graphene-like C3N4 is low, and has a large amount of defect; (2) The band gap of graphene-like C3N4 become larger because of the effect of size, which conduce to the weaker visible light response. According to those points, we propose: (1) The solvent whose surface energy matches that of graphene-like C3N4 will be used to reduce the strength of the van der Waals attraction between the layers in C3N4. (2) The visible-light-response of as-prepared graphene-like C3N4 will be improved using plasmonic theory, thereby the photocatalytic activity will be enhanced. (3) The poison organics will be photodegraded on as-prepared photocatalysts, and the difference of activity will be investigated in detail.

近年来，很多研究者致力于研究提高C3N4光催化材料的活性。虽然目前的研究取得了一定的进展，但是如果想在实际中应用，活性还远远不够。从理论上讲，合成石墨烯态的C3N4光催化材料有助于其光催化性能的提高。但是目前关于此方面的研究非常少，并且研究中还存在着明显的不足：（1）石墨烯态C3N4的收率低，缺陷多；（2）由于尺寸效应的影响，石墨烯态C3N4的带系变宽，可见光光吸收变弱。针对上述问题，本项目提出（1）使用具有特殊表面能的溶剂，削弱C3N4层间范德华力，并借助超声波或者高温的作用，高效快速的合成出具有类石墨态的C3N4。（2）利用金属表面等离子体共振原理，增强所合成出的石墨态的C3N4光催化材料在可见光区域的吸收，从而提高其光催化活性。（3）用所合成出的光催化材料来催化降解目前急需降解的有毒有害物，并从分子水平上揭示此材料的光催化反应性能。

近年来，很多研究者致力于研究提高C3N4光催化材料的活性。虽然目前的研究取得了一定的进展，但是如果想在实际中应用，活性还远远不够。从理论上讲，合成石墨烯态的C3N4光催化材料有助于其光催化性能的提高。但是目前关于此方面的研究非常少，并且光催化性能还不够理想。因此本项目在对C3N4光催化材料进行石墨烯化的基础上，结合等离子共振等先进手段来设计合成出高效C3N4光催化材料。首先用热腐蚀和超声液相剥离相结合的方法合成出石墨烯态的C3N4光催化材料，进而通过先进手段提高活性、稳定性以及适用性，并且应用到光催化反应中来。通过为期三年的研究，项目承担人圆满完成了计划内容，主要包括（1）C3N4的剥离研究；（2）利用碳载或等离子共振提高催化活性；（3）利用仿生纤毛阵列提高催化活性；（4）利用长余辉材料提高催化活性；（5）C3N4光催化水泥的研究。.在项目资助下，在Chem. Rev、Chem.、J. Mater. Chem.、和J. Photochem. Photobiolo. A等刊物上共发表论文11篇，均被SCI收录。参加学术会议6人次，其中国际会议6人次；在国际会议上做口头报告2次。申请国家发明专利4项。另外同南京倍立达新材料系统工程股份有限公司密切合作，共同研发C3N4光催化水泥材料，并且共同成功申报了江苏省产学研合作项目《复合型C3N4光催化水泥的绿色低成本制备研发》。