高活性氮化碳纳米片的制备策略

李开宁，张梦曦，欧小雨，李睿娜，李覃，范佳杰，吕康乐,＊

1 中南民族大学资源与环境学院，催化转化与能源材料化学教育部重点实验室，武汉 430074

2 郑州大学材料科学与工程学院，郑州 450001

1 引言

2004年，一种具有六边形蜂巢结构的二维层状碳材料石墨烯被Geim和Noboselov成功制备1，其独特的二维结构赋予它许多优异的物理化学性质，如良好的机械强度、优异的导热性、高效的载流子迁移率等2-4。材料领域的这一重大突破点燃了科研工作者对于二维材料的研究热情，这类材料也因此迎来了崭新的时代。随后，二维层状材料的大家庭里又增添了许多新成员，例如新型二维材料MXene5-7、二硫化钼8,9、硅氧烯10,11、氮化碳12,13等等。相比于块状材料，二维层状材料在许多方面更具有优势。它们拥有更大的比表面积、更多的活性位点、更高的电子迁移速率，也更适合作为载体14。所以，它们被广泛应用于能源储存、生物传感、催化、污染物治理等诸多领域。

石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种具有二维层状结构的π共轭聚合物(图1)，由三嗪环或庚嗪环作为基本单元构建而成15。g-C3N4片层上的原子通过共价键结合，呈蜂窝状结构，片层之间依靠弱的范德华力相连，与石墨的层状结构相似。g-C3N4的制备比较简单，通过热处理含氮的碳基前驱体16(例如二氰胺、三聚氰胺、尿素和硫脲)，使其发生聚合作用，即可得到。由于g-C3N4具备优异的物理化学稳定性、生物相容性以及合适的能带结构，常常被应用于光催化能源转换、环境污染治理等领域，包括光解水产氢17-20、CO2还原21,22、有机污染物降解23-25、空气净化26-29等等。……