二次等温热缩聚改性对g-C3N4光催化剂性能的影响

段丽媛，李国强，张舒婷，王宏宇，赵永乐，张永发

（1太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室，山西太原030024；2太原理工大学煤科学与技术教育部重点实验室，山西太原030024）

近年来，g-C3N4作为一种无金属、廉价、易得的半导体光催化剂[1]，具有合适的带隙宽度、可见光利用率高、独特的石墨平面层状结构，在降解有机化学污染物、大气净化、光解水产氢等方面都有很好的应用[2-5]，是一种绿色、清洁、高效的新型光催化剂，已引起了各界的广泛关注。目前，制备g-C3N4的主要前体为三聚氰胺、尿素、氰胺、二氰胺、硫脲等[6-10]，同时人们也对NH4SCN热解制g-C3N4光催化剂性能及通过形态修饰、元素掺杂、构建异质结[14-16]改性开展了研究。

Cui等[11]将硫氰酸铵在氨气气氛下高温热解得到了多孔g-C3N4，所得样品在可见光照射下表现出较高的产氢活性和稳定性。Zhang和Larsen等[12-13]具体研究了NH4SCN在热解过程中的结构变化，随着热解温度的提高，NH4SCN先进行异构化，依次形成熔融中间体二氰胺、三聚氰胺，脱氢缩聚形成具有三嗪环结构的melem以及melam，继续脱去氨基片段生成光催化剂g-C3N4，在此过程中会产生H2S、NH3、CS2等气体，且不同热解条件会对g-C3N4结构产生重要影响。Cui等[17]以硫氰酸铵与纳米二氧化硅直接热聚合，得到纳米多孔g-C3N4，利于光收集和传质以及氧化还原位点的增加。Zhang等[18]采用醋酸镁存在下NH4SCN高温自缩合法制备了MgO/g-C3N4，改善载流子分离效果，提高了催化活性。Chai等[19]通过NH4SCN与NH4PF6直接热共缩聚法得到P掺杂的g-C3N4，导致光吸收增强。但NH4SCN直接热聚合制得的g-C3N4仍存在晶体结构聚合度低、催化剂表面团聚结构明显、比表面及孔容积小、稳定的π-共轭体系使光生电子-空穴在平面层内随机碰撞、不利于在层间迁移、载流子复合率高等问题，限制了其在各领域的应用。……