半导体光催化作为一种环保、可持续的绿色技术,在环境和能源领域(如:光催化降解污染物以及光催化分解水制氢)中具有极大的潜在应用前景。尽管已经商用的TiO2光催化剂具有廉价、结构稳定等一系列优点,但是TiO2只能被紫外光激发的缺点严重限制了其实际应用。2009年,王心晨教授课题组首次报道了石墨相氮化碳(g-C3N4)可以作为稳定的光催化剂分解水制氢。从此,g-C3N4得到了越来越多国内外学者的广泛关注。作为一种非金属聚合物半导体,g-C3N4的禁带宽度为2.7 eV,具有较强的可见光吸收,且其廉价、易得。一般通过简单煅烧富氮有机物前驱体便可制备。但是,通常制得的体相g-C3N4比表面积小、光生电子-空穴的复合率高,这在一定程度上抑制了其光催化活性。
最近,化学学院邢艳教授团队通过在空气下长时间热氧化刻蚀体相g-C3N4(CNB)制备得到了宏观上为泡沫状具有丰富孔结构的(微孔、介孔、大孔)超薄g-C3N4纳米片(CNHS)。g-C3N4具有与石墨相似的层状结构,层与层之间通过范德华力相连。因此,在空气下热处理g-C3N4可以通过克服其层间作用力将CNB剥离为g-C3N4纳米片(CNS)。如果进一步延长煅烧时间,部分由C-N键组成的层内melems单元将被氧化刻蚀,从而产生具有多孔结构的泡沫状g-C3N4纳米片。由于其独特的光电化学性能,在可见光照射下,CNHS展现出了极高的光催化产氢速率,为进一步提高g-C3N4光催化剂的性能提供了新的思路。该研究工作由邢艳教授指导,2015级博士研究生李云锋等同学共同完成,发表于国际权威期刊《先进能源材料》(Macroscopic Foam-Like Holey Ultrathin g-C3N4Nanosheets for Drastic Improvement of Visible-Light Photocatalytic Activity, Adv. Energy Mater.,2016, 6, 1601273)。
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