Графитовый нитрид углерода

редактировать

Сравнение объемного gC 3N4(слева) и нанолиста gC 3N4порошков, по 100 мг каждый.

Графитовый нитрид углерода (gC 3N4) представляет собой семейство соединений нитрида углерода с общей формулой, близкой к C 3N4(хотя обычно с ненулевое количество водорода) и две основные субструктуры на основе звеньев гептазина и поли (триазинимида), которые, в зависимости от условий реакции, проявляют разную степень конденсации, свойства и реактивность.

Содержание

1 Prepa ration
2 Характеристика
3 Свойства
4 Использование
5 Области интереса
6 См. также
7 Ссылки

Получение

Можно получить графитовый нитрид углерода путем полимеризации цианамида, дициандиамида или меламина. Первоначально сформированная полимерная структура C 3N4, дыня, с боковыми аминогруппами, представляет собой высокоупорядоченный полимер. Дальнейшая реакция приводит к более конденсированным и менее дефектным формам C 3N4на основе звеньев три-s-триазина (C6N7) в качестве элементарных строительных блоков.

Графитовый нитрид углерода также может быть получен с помощью электроосаждение на подложку Si (100) из насыщенного ацетона раствора трихлорида циануровой кислоты и меламина (соотношение = 1: 1,5) при комнатной температуре.

Хорошо закристаллизованные нанокристаллиты графитового нитрида углерода также могут быть получены путем бензол-термической реакции между C3N3Cl3 и NaNH 2 при 180–220 ° C в течение 8–12 ч.

Недавно был разработан новый метод синтеза нитридов углерода графита путем нагревания при 400-600 ° C смеси меламина и мочевой кислоты в присутствии оксида алюминия. сообщил. Оксид алюминия способствует осаждению слоев графитового нитрида углерода на открытой поверхности. Этот метод можно сравнить с химическим осаждением из паровой фазы на месте (CVD).

Характеристика

Характеристика кристаллического gC 3N4может быть проведена путем идентификации триазиновое кольцо, присутствующее в продуктах, по данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), спектров фотолюминесценции и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) спектр (пики при 800 см, 1310 см и 1610 см).

Свойства

Благодаря особым полупроводниковым свойствам нитридов углерода они проявляют неожиданные каталитические свойства. активность в различных реакциях, таких как активация бензола, реакции тримеризации, а также активация диоксида углерода (искусственный фотосинтез ).

Использует

Коммерческий графитовый нитрид углерода доступен под торговой маркой Nicanite. В графитовой форме микронного размера он может использоваться для трибологических покрытий, биосовместимых медицинских материалов. покрытия, химически инертные покрытия, изоляторы и решения для хранения энергии. Графитовый нитрид углерода считается одним из лучших материалов для хранения водорода. Его также можно использовать в качестве носителя для каталитических наночастиц.

Области интереса

Из-за их свойств (в первую очередь, большие, регулируемые запрещенные зоны и эффективное интеркалирование солей) графитовые нитриды углерода исследуются для множество применений:

Фотокатализаторы
- Разложение воды до H 2 и O 2
- Разложение загрязняющих веществ
Большая запрещенная зона полупроводник
Гетерогенный катализатор и поддержка
- Значительная эластичность нитридов углерода в сочетании с поверхностной и внутрислойной реакционной способностью делает их потенциально полезными катализаторами, полагающимися на их лабильные протоны и функциональные возможности оснований Льюиса. Для повышения селективности и производительности можно использовать такие модификации, как легирование, протонирование и молекулярная функционализация.
- Катализаторы на основе наночастиц, нанесенные на gCN, находятся в стадии разработки для топливных элементов с протонообменной мембраной и воды электролизеры.
- Несмотря на то, что графитовый нитрид углерода имеет некоторые преимущества, такие как небольшая ширина запрещенной зоны (2,7 эВ), поглощение видимого света и гибкость, он все еще имеет ограничения для практического применения из-за низкой эффективности использования видимого света, высокой скорости рекомбинации фотогенерируемые носители заряда, низкая электропроводность и небольшая удельная поверхность (<10 m2g−1). To modify these shortages, one of the most attractive approaches is doping graphitic carbon nitride with carbon nanomaterials, such as carbon nanotubes. First, carbon nanotubes have large specific surface area, so they can provide more sites to separate the charge carriers, then decrease the recombination rate of the charge carriers and further increase the activity of reduction reaction. Second, carbon nanotubes show high electron conducting ability, which means they can improve graphitic carbon nitride with visible light response, efficient charge carrier separation and transfer, thereby improving its electronic properties. Third, carbon nanotubes can be regarded as a kind of narrow band semiconductor material, also known as a photosensitizer, which can extend the range of the light absorption of semiconductor photocatalytic material, thereby enhancing its utilization of visible light.
материалы для аккумулирования энергии
- Из-за того, что интеркаляция Li может происходить в большем количестве мест, чем для графита, из-за внутрислойных пустот в дополнение к Между слоями gCN может накапливать большое количество Li, что делает их потенциально полезными для аккумуляторных батарей.