超薄石墨相氮化碳納米片的構(gòu)建及其光催化作用

陳 艷 劉海波

超薄石墨相氮化碳納米片的構(gòu)建及其光催化作用

陳 艷＊?jiǎng)⒑２?/p>

(蚌埠醫(yī)學(xué)院公共基礎(chǔ)學(xué)院，蚌埠 233030)

通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整g-C3N4的熱聚合方式，一步構(gòu)筑了超薄氮化碳納米片，厚度在0.2～0.4 nm左右，分布均勻，比表面積可以達(dá)到99 m2·g-1。光催化性能測(cè)試結(jié)果表明，隨著納米片比表面積的增大，材料除了表現(xiàn)出優(yōu)異的光解水性能以外，還在微生物領(lǐng)域表現(xiàn)出一定的抗菌性能，且活性隨著聚合溫度的升高、納米片層的變薄而逐漸提高。

超薄納米片；氮化碳；光催化；光解水；抗菌

0 引 言

隨著石墨烯及石墨烯基復(fù)合材料在生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)等諸多領(lǐng)域的快速發(fā)展，維度對(duì)材料性能的影響受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注[1-5]。二維(2D)納米材料具有明顯異于宏觀材料的表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)以及量子尺寸效應(yīng)。而2D形貌的特殊性，又能夠以此為基底構(gòu)建出多功能復(fù)合的納米材料，為開發(fā)具有高效太能轉(zhuǎn)化的光功能材料提供了一條新思路[1,6-7]。目前，以石墨烯為基底的復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用，然而，石墨烯作為一種良好的導(dǎo)體，沒(méi)有內(nèi)在帶隙，并不能直接作為催化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)[4-5]。因此，尋求與石墨結(jié)構(gòu)相似，或其他層狀半導(dǎo)體材料，構(gòu)建具有原子級(jí)厚度的納米片以實(shí)現(xiàn)高效太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化，成為國(guó)際光催化領(lǐng)域的研究前沿與方向，對(duì)推動(dòng)光催化技術(shù)的發(fā)展具有重要意義[2,6-8]。

近年來(lái)，人們開發(fā)出多種具有光催化性能的二維半導(dǎo)體材料，如ZnIn2S4，碳摻雜的BN、MoS2等[9-11]。其中，石墨相氮化碳(g-C3N4)作為近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型光催化劑，是一種具有層狀結(jié)構(gòu)，能夠在小于420 nm的光激發(fā)下產(chǎn)生光生載流子，并能從半導(dǎo)體體內(nèi)遷移到表面參與表面氧化還原反應(yīng)的半導(dǎo)體材料[12-17]。與其他層狀材料不同，g-C3N4是一種不含金屬組分的聚合物半導(dǎo)體，具有化學(xué)構(gòu)成簡(jiǎn)單、密度低、化學(xué)惰性、生物兼容性以及組成結(jié)構(gòu)易于調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，在材料、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域均表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景[18-23]。2009年，Wang等首次將這種新型的不含金屬組分的半導(dǎo)體材料引入到光催化領(lǐng)域，闡明g-C3N4聚合物具有合適的禁帶寬度(Eg=2.7 eV)和導(dǎo)帶價(jià)帶位置(-1.2 V和+1.4 V vs NHE)，是一種可用于可見(jiàn)光下催化分解水產(chǎn)氫、產(chǎn)氧，且穩(wěn)定性良好的優(yōu)良光催化劑[15]。實(shí)際上，g-C3N4作為一種典型的聚合物半導(dǎo)體，其獨(dú)特的類石墨層狀堆積結(jié)構(gòu)和sp2雜化的π共軛體系，賦予了g-C3N4許多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，使其在光催化的諸多領(lǐng)域，如能源再生、環(huán)境治理、醫(yī)學(xué)抗菌、藥物中間體的轉(zhuǎn)化方面等均具有廣泛的應(yīng)用前景[13-18]。最重要的是，由于g-C3N4是一種質(zhì)地“柔軟”的聚合物，其化學(xué)組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)以及能帶結(jié)構(gòu)均易于調(diào)控，而其類石墨的層狀堆積結(jié)構(gòu)，表明其能夠構(gòu)建具有原子級(jí)厚度的納米片。

事實(shí)上，迄今為止，人們已經(jīng)發(fā)展了固相和液相兩種針對(duì)層狀g-C3N4結(jié)構(gòu)和組成特點(diǎn)的剝層方法，制備得到厚度在2～4 nm左右的g-C3N4納米片[23-26]。研究結(jié)果表明，當(dāng)g-C3N4的晶粒尺寸從體相變?yōu)樵蛹?jí)后，比表面積大幅度提高，高的比表面積使得材料能夠暴露出更多的活性位點(diǎn)，也使g-C3N4與反應(yīng)物的接觸面積更大。此外，量子尺寸效應(yīng)會(huì)使半導(dǎo)體的帶隙變寬，導(dǎo)帶位置變得更負(fù)，價(jià)帶位置變得更正，這便使其獲得了更強(qiáng)的氧化還原能力。而粒徑尺寸的變小，縮短了光生載流子在體內(nèi)遷移到表面的距離，減少在體內(nèi)復(fù)合的幾率，進(jìn)一步提高g-C3N4聚合物光催化劑的光催化量子效率。不同于其他形貌的納米材料，2D形貌的g-C3N4納米片表面完全展開，表現(xiàn)出了更大的光子吸收面積，加速了太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化和利用。

基于傳統(tǒng)體相氮化碳的制備方法，本文中我們將通過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)整氮化碳的熱聚合方式，一步制備得到超薄的氮化碳納米片粉末。在光催化性能方面，我們不僅對(duì)其在光解水產(chǎn)氫方面進(jìn)行了研究，還對(duì)其在微生物抗菌領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了嘗試，拓展了氮化碳在微生物領(lǐng)域的應(yīng)用，為其進(jìn)一步在醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與試劑

三聚氰胺(國(guó)藥，AR)，營(yíng)養(yǎng)瓊脂、營(yíng)養(yǎng)肉湯(英國(guó)Lancashire，BR)。大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)室留存并培養(yǎng)。

1.2 催化劑的制備

CNSx納米片的制備：2 g的三聚氰胺(MA)置于50 mL帶蓋的坩堝中，在N2氣氛爐中以4.4℃·min-1的升溫速率升溫到400℃，保溫1.5 h，再繼續(xù)在0.5 h內(nèi)升溫到目標(biāo)溫度，保溫2 h。自然冷卻至室溫后取出樣品，標(biāo)記為 CNSx，其中 x=550，600，650，700℃對(duì)應(yīng)于催化劑的最終聚合溫度。

體相g-C3N4的制備：通過(guò)傳統(tǒng)一步熱聚合法，2 g MA置于50 mL帶蓋的坩堝中，在N2氣氛爐中以2.3℃·min-1的升溫速率升溫到550℃，保溫2 h，制備得到g-C3N4。

1.3 催化劑的表征

采用傅里葉紅外光譜 (FT-IR，Thermo Nicole Co.，Nicolet)分析樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu)(掃描波段為4 000～600 cm-1，次數(shù)為64次)；核磁共振譜 (13C NMR，Bruker AVANCEⅢ500 M)表征樣品的分子結(jié)構(gòu)；透射電鏡 (TEM，Philips Co.，JEM2010)觀察樣品的表面形貌；原子力顯微鏡 (AFM，Digital Instrument co.，Nanoscope IA)測(cè)試片層樣品的厚度；紫外可見(jiàn)漫反射吸收光譜(UV-Vis Abs，Varian Cary 500 Scan)表征樣品的光吸收性質(zhì)(BaSO4做標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，測(cè)量范圍 200～800 nm)；光致熒光光譜(PL，Edinburgh Co.，F(xiàn)L/FS920)考察催化劑的發(fā)光性能；低溫氮?dú)馕椒治?BET，ASAP2020)分析樣品的比表面積(樣品經(jīng)過(guò)433～513 K溫度下抽氣預(yù)處理3～6 h后，在液氮下進(jìn)行比表面積和孔徑結(jié)構(gòu)的分析)；熱重分析(TGA，Ntzsch Co.，STA449F3)分析樣品的熱穩(wěn)定性(N2氣氛下，載氣流速為10 mL·min-1，升溫速度為10℃·min-1)；元素分析(EA，Elemental Co.，variomicro)分析樣品的化學(xué)組成。

1.4 光催化性能評(píng)價(jià)

1.4.1 光解水性能

確定泡沫劑注入量（每環(huán)用量不少于100L）和配合比等參數(shù)，提高發(fā)泡率和渣土改良效果，嚴(yán)格控制每個(gè)渣土斗出渣量對(duì)應(yīng)的掘進(jìn)行和每環(huán)出渣量，嚴(yán)禁超挖，確保每環(huán)出渣量不大于63m3。

稱取50 mg的待測(cè)樣品加入到100 mL三乙醇胺(體積分?jǐn)?shù)10%)水溶液中，超聲混合均勻后倒入反應(yīng)器內(nèi)。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%Pt的H2PtCl6溶液(基于催化劑的質(zhì)量)，并通過(guò)磁力攪拌維持溶液的懸浮狀態(tài)。借助循環(huán)冷卻水使反應(yīng)體系的溫度維持在(12±1)℃。在反復(fù)抽真空，除去反應(yīng)器和溶液中的空氣后，開啟光源進(jìn)行光催化反應(yīng)，入射光的波長(zhǎng)通過(guò)截止型濾光片進(jìn)行控制。每隔1 h取樣，用氣相色譜在線分析反應(yīng)產(chǎn)物。

1.4.2 抗菌性能

(1)在無(wú)菌條件下，吸取0.8 mL大腸桿菌菌體懸浮液注入含有79.2 mL生理鹽水的燒杯中，用玻璃片蓋上，攪拌10～20 min，使大腸桿菌菌體均勻分布在生理鹽水中。

(2)稱取80 mg待測(cè)光催化劑至上述燒杯中，暗反應(yīng)攪拌10～20 min，使樣品混合均勻后吸取0.1 mL混合液；此后，繼續(xù)攪拌40～50 min，達(dá)到吸附-脫附平衡，再次吸取混合液0.1 mL，同時(shí)開啟氙燈，進(jìn)行光照，開始計(jì)時(shí)，反應(yīng)5 h，每間隔1 h取0.1 mL混合液。每次吸取的混合液均稀釋104倍后，吸取0.1 mL稀釋液均勻涂抹于營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)皿上，放入35.0℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)16 h后，采用平板菌落計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)大腸桿菌菌落數(shù)，記錄數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 形貌表征

圖1 樣品g-C3N4(a)和CNS700(b)的TEM電鏡圖Fig.1 Typical TEM images of CN550(a)and CNS700(b)

我們選擇聚合溫度最高的CNS700樣品進(jìn)行表面織構(gòu)的觀測(cè)與分析，并與傳統(tǒng)方法制備得到的g-C3N4進(jìn)行對(duì)比。圖1為兩種樣品的透射電鏡圖。如圖1a所示，g-C3N4材料表現(xiàn)出明顯的體相形貌，由大量表面致密的片層堆積而成。由BET測(cè)試結(jié)果可知，體相 g-C3N4的比表面積只有10 m2·g-1，這將對(duì)其光催化性能起到嚴(yán)重的制約作用。由于氮化碳是只含有C、N元素的聚合物半導(dǎo)體，其在高溫下容易發(fā)生分解作用。從TEM測(cè)試所得到的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改變熱聚合方式，且聚合目標(biāo)溫度達(dá)到700℃時(shí)，樣品的形貌發(fā)生了較大的變化。由于熱力學(xué)剝層作用，CNS700樣品呈現(xiàn)出大量薄而透明的二維納米薄片，這些薄片獨(dú)立存在，不再堆積成體相。此外，薄片的邊緣還發(fā)生了一定程度的卷曲，這在熱力學(xué)上將有利于降低材料的表面能，保持二維納米片層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[27]。

圖2 AFM對(duì)CNS700納米片的厚度分析Fig.2 AFM images of CNS700sample for the thickness analysis of sheets

為了進(jìn)一步考察所得二維納米片層的厚度，我們?cè)趯?duì)CNS700進(jìn)行規(guī)范制樣后，隨機(jī)選取一處，采用AFM技術(shù)對(duì)此范圍內(nèi)的納米片的厚度進(jìn)行分析。如圖2所示，所選區(qū)域內(nèi)的納米片厚度基本維持在0.2～0.4 nm左右，分布較為均勻。進(jìn)一步說(shuō)明高溫聚合對(duì)層層堆積的氮化碳聚合物起到了熱力學(xué)剝層作用。值得注意的是，納米片的中間與邊緣位置的厚度基本一致，說(shuō)明此處熱力學(xué)剝層并沒(méi)有破壞氮化碳的表面形貌，是以層-層分解的方式進(jìn)行的，與TEM電鏡分析結(jié)果一致。

2.2 化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)表征

表1中還列出了CNSx樣品的元素分析結(jié)果。從表中可以看出，CNSx樣品的nC/nN相較于g-C3N4略高，但隨著三聚氰胺聚合溫度的升高，比值維持在0.69左右，沒(méi)有太大的浮動(dòng)。說(shuō)明隨著溫度的升高，CNSx層狀聚合物在熱力學(xué)剝層過(guò)程中，并沒(méi)有對(duì)碳氮化合物中C/N原子比產(chǎn)生影響。另外，材料含H量呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)，這可能是因?yàn)殡S著溫度的升高，CN材料的聚合度增加，π共軛體系得到逐步的完善使得結(jié)構(gòu)中未聚合完全的 -NH2和-NH-減少，但是在溫度進(jìn)一步升高后，聚合物片層厚度減少，表面擴(kuò)大效應(yīng)導(dǎo)致其表面吸附更多的H2O，又會(huì)引起H含量的增加，這在后面熱重分析結(jié)果中得到了進(jìn)一步證實(shí)。

圖3a中，采用固體13C NMR技術(shù)研究納米片狀CNS700樣品的結(jié)構(gòu)骨架。如圖所示，CNS700在δ=155.6和δ=164.3呈現(xiàn)出2個(gè)明顯的核磁共振峰，分別歸屬于七嗪環(huán)結(jié)構(gòu)單元中的2個(gè)骨架碳[28]。通過(guò)對(duì)比，CNS700出現(xiàn)的2個(gè)核磁共振峰的位置與g-C3N4一致，沒(méi)有發(fā)生偏移，也沒(méi)有多余的峰出現(xiàn)，說(shuō)明熱分解作用并沒(méi)有對(duì)CNSx的基本骨架產(chǎn)生影響。

表1 樣品g-C3N4和CNSx的物理化學(xué)性質(zhì)及其光解水產(chǎn)氫性能(λgt;420 nm)Table 1 Physicochemical properties and photocatalytic activity of g-C3N4and CNSxfor the hydrogen evolution reaction under visible light irradiation(λgt;420 nm)

圖3 (a)樣品g-C3N4和CNS700的13C固體核磁譜圖以及(b)CNSx和g-C3N4樣品的FTIR譜圖Fig.3 (a)Solid-state13C NMR spectra of g-C3N4and CNS700,(b)FTIR spectra of g-C3N4and CNSx prepared under different temperature

圖3b中采用FTIR表征CNSx的化學(xué)結(jié)構(gòu)。CNSx系列樣品均表現(xiàn)出與傳統(tǒng)體相氮化碳一致的特征吸收，基本結(jié)構(gòu)單元仍為七嗪結(jié)構(gòu)。其中，1 200～1 600 cm-1間的吸收帶主要由七嗪結(jié)構(gòu)中的C-N和C=N的伸縮振動(dòng)引起的，而指紋區(qū)的810 cm-1的吸收則對(duì)應(yīng)七嗪環(huán)的呼吸振動(dòng)。此外，3 180 cm-1處的較寬的吸收峰則與催化劑表面吸附的H2O分子以及納米片結(jié)構(gòu)暴露出的大量的羥基和胺基有關(guān)。此外，由圖中可以看出，隨著聚合溫度的升高，F(xiàn)T-IR特征峰的強(qiáng)度明顯增大，說(shuō)明CNSx半導(dǎo)體的聚合度不斷增加，共軛體系得到不斷的完善。

2.3 光學(xué)性質(zhì)表征

借助UV-Vis DRS和PL等技術(shù)手段，我們對(duì)所制得的樣品進(jìn)行光學(xué)性質(zhì)考察。圖4a為不同溫度下制備出的樣品的光吸收譜圖。當(dāng)聚合溫度為550℃時(shí)，樣品在450 nm處呈現(xiàn)出一個(gè)陡峭的吸收帶邊，這是由于價(jià)帶上的電子光激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶引起的[14]，與傳統(tǒng)方法制備得到的g-C3N4一致，表明三聚氰胺在550℃時(shí)已聚合完成。隨著煅燒溫度的升高，CNSx的π共軛體系得到不斷的完善和拓展，半導(dǎo)體的吸收帶邊逐漸向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。當(dāng)溫度繼續(xù)升高，高于650℃時(shí)，這條吸收帶邊開始發(fā)生藍(lán)移，且隨著聚合溫度的升高，藍(lán)移程度變大。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，這可能是由量子尺寸效應(yīng)引起的[14]。氮化碳作為一種含C、N的聚合物半導(dǎo)體材料，在高溫下不穩(wěn)定而發(fā)生熱力學(xué)分解作用，這就會(huì)導(dǎo)致層狀的g-C3N4逐漸變薄，層數(shù)變少[20]。從圖中可以看出，從600至700℃，量子尺寸效應(yīng)越發(fā)明顯，這說(shuō)明CNSx材料在600℃以后，剝層作用會(huì)隨溫度的升高越來(lái)越顯著。另外，值得注意的是，樣品帶邊發(fā)生藍(lán)移的同時(shí)(即聚合溫度高于600℃時(shí))，除了CN半導(dǎo)體的本征吸收以外，在450～550 nm處又出現(xiàn)了一個(gè)新的吸收包，此吸收包也隨著溫度的升高而發(fā)生藍(lán)移。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，熱力學(xué)剝層作用會(huì)引發(fā)氮化碳的化學(xué)結(jié)構(gòu)扭曲效應(yīng)，這一效應(yīng)致使一些原本在能量上不允許的n→π*躍遷變得有可能發(fā)生，致使材料在可見(jiàn)光區(qū)產(chǎn)生新的光吸收[29]。

此外，層數(shù)變少的CNSx納米片的光致熒光特性也發(fā)生了較大變化。如圖4b所示，新制備樣品的PL強(qiáng)度會(huì)隨著聚合溫度的升高而顯著降低，且發(fā)射峰的位置先紅移后藍(lán)移，與DRS的分析結(jié)果一致。半導(dǎo)體的π共軛體系的不斷完善、熱力學(xué)剝層作用都將有利于光生載流子的快速分離和遷移，使得CNSx半導(dǎo)體的熒光性質(zhì)發(fā)生顯著的改變[30-31]。這將有利于光催化反應(yīng)的進(jìn)行。

圖4 CNSx和g-C3N4樣品的光學(xué)性質(zhì)表征:(a)UV-Vis DRS和(b)PLFig.4 UV-visible absorption spectra(a)and fluorescence emission spectra(b)of CNSxand g-C3N4

2.4 CNSx納米片的熱力學(xué)穩(wěn)定性

圖5為同步熱分析法(TGA)對(duì)所得樣品的熱力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。從TGA曲線中可以看到，當(dāng)溫度低于220℃時(shí)，CNS700出現(xiàn)明顯的失重現(xiàn)象，這為樣品表面吸附的H2O或CO2的脫附作用。對(duì)比g-C3N4，這一失重現(xiàn)象明顯較大，體現(xiàn)出CNS700納米片顯著的表面擴(kuò)大效應(yīng)。當(dāng)溫度逐漸升高至350℃之后，CNS700又開始出現(xiàn)緩慢的失重。當(dāng)溫度升至575℃，開始迅速分解，這主要由催化劑自身分解產(chǎn)生大量CNx氣體引起的[14]。樣品在680℃時(shí)基本完全分解。對(duì)比g-C3N4樣品，其在220～550℃之間基本穩(wěn)定存在，沒(méi)有太大的失重現(xiàn)象，而在550℃之后樣品迅速分解，730℃時(shí)分解完全。由此可見(jiàn)，CNS700樣品由于維度變低，片層變薄，熱力學(xué)穩(wěn)定性比體相材料變低。

圖5 CNS700(a)和g-C3N4(b)在氮?dú)鈿夥障碌臒崾е?TGA)曲線Fig.5 TGA thermograms for heating(a)CNS700and(b)g-C3N4under nitrogen gas

2.5 光催化性能評(píng)價(jià)

2.5.1 光解水產(chǎn)氫性能

我們首先以光催化分解水產(chǎn)氫評(píng)價(jià)CN納米片的光催化性能。本測(cè)試是在三乙醇胺為犧牲劑，3%Pt為助催化劑，可見(jiàn)光(λgt;420 nm)照射下進(jìn)行的。如圖6所示，改進(jìn)方法制備得到的CNSx聚合物的性能均優(yōu)于傳統(tǒng)方法制備得到的g-C3N4(除了CNS550)，且隨著聚合溫度的升高，光解水的性能呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)。當(dāng)煅燒溫度為550℃時(shí)，體相材料的光解水性能只有5 μmol·h-1，當(dāng)煅燒溫度達(dá)到700℃時(shí)，光解水產(chǎn)氫性能達(dá)到最高值，為177 μmol·h-1，相較于 CNS550提高了 20 倍，比傳統(tǒng)體相g-C3N4提高 18 倍(表 1)。

圖6 CNSx和g-C3N4樣品的光解水產(chǎn)氫性能Fig.6 Photocatalytic water splitting for H2production of CNSxand g-C3N4samples

2.5.1 光催化抗菌性能

選擇大腸桿菌K12為目標(biāo)菌種，考察樣品的光催化殺菌性能，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。在只有光照或只加入催化劑的條件下，K12的失活率在5 h內(nèi)小于20%。在同時(shí)加入光催化劑和光照的條件下，新制備得到的CNSx樣品的光催化性能要優(yōu)于傳統(tǒng)方法制備得到的g-C3N4。且隨著聚合溫度的升高，光催化作用效率逐漸升高。在5 h的光照后，CNS700的樣品的殺菌率可達(dá)到100%。

樣品的光催化性能的提高與材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、組成、光學(xué)性質(zhì)及比表面積等因素有關(guān)，一般認(rèn)為比表面積的大小與光催化性能的高低成正比關(guān)系。比表面積越大，可以提供更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)，暴露出更大的吸光面積，傳質(zhì)擴(kuò)散過(guò)程也更快，故而具有更高的光催化活性。本文中，隨著聚合溫度的升高，氮化碳樣品分解的越多，材料的比表面積也越大，催化性能也因此提高。

圖7 CNSx和g-C3N4樣品的光催化抗菌性能Fig.7 Photocatalytic antibacterial effect of CNSxandg-C3N4samples

3 結(jié) 論

本文通過(guò)調(diào)整熱聚合方式，僅一步就成功制備出超薄的氮化碳納米片材料。研究結(jié)果表明，氮化碳材料在熱力學(xué)作用下，隨著聚合溫度的升高而逐漸發(fā)生分解，當(dāng)聚合溫度達(dá)到700℃時(shí)，體相材料被剝離成片狀，厚度在0.2～0.4 nm之間，比表面高達(dá)99 m2·g-1，且熱力學(xué)剝層作用并沒(méi)有對(duì)氮化碳納米片的化學(xué)結(jié)構(gòu)、組成和基本框架產(chǎn)生影響。光催化測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)?shù)季酆衔锏男蚊矎捏w相變?yōu)槠瑺詈螅懈嗟幕钚晕稽c(diǎn)和吸光面積，傳質(zhì)擴(kuò)散過(guò)程也更快，光催化性能得到明顯的提高。

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Construction and Photocatalytic Performance of Ultrathin Graphitic Carbon Nitride Nanosheets

CHEN Yan＊LIU Hai-Bo
(College of Public Foundation,Bengbu Medical College,Bengbu,Anhui 233030,China)

Ultrathin nanosheetsofg-C3N4wereconstructed through adjustingthemannerofthermal polymerization.The results indicate that the thickness of these uniformly distributed sheets arrange from 0.2 to 0.4 nm and the surface area of them can reach up to 99 m2·g-1.The photocatalytic performance illustrates that they are not only well photocatalysts for water splitting,but also for antibacterial in the area of microorganism.Moreover,with the polymerized temperature increasing,the number of the layers decreased and the photocatalytic performance improved.

ultrathin nanosheets;carbon nitride;photocatalysis;water splitting;antibacterial

O643.36+1；Q932

A

1001-4861(2017)12-2255-07

10.11862/CJIC.2017.218

2017-06-05。收修改稿日期：2017-08-20。

國(guó)家自然青年科學(xué)基金項(xiàng)目(No.21603005)，安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(No.2016A463)，國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目(No.201610367016)和省部共建能源與環(huán)境光催化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(No.SKLPEE-KF201504)資助。

＊通信聯(lián)系人。 E-mail：ychen1129@163.com