引言：

 二维材料因其独特而突出的物理化学性质而受到越来越多的关注。自王心晨报道了合成的g-C3N4可作为**的光催化剂，氮化碳（CN）材料已逐渐成为能源和催化领域的明星材料。近年来，各种CN纳米架构，包括0D纳米粒子，1D纳米棒和2D纳米片已被广泛研究应用于**制氢。

  此文在由简便有机合成获得的2D氮化碳（CN）的基础上，通焙烧进一步制备出多种不同2D CN，通过在550℃下焙烧时间延长（0h，0.5h，1h，1.5h，2h，2.5h），结构也发生变化（对应C/N比0.76:1，1.466：1，2.01:1，2.86:1，2.5:1，2.3:1），厚度约为1.5 nm。并从理论上推测了其机理。通过光催化制氢实验，与常见的g-C3N4相比，这些2D CN具有更加良好的光催化效果，其中焙烧时间1.5h对应的C/N比的2D CN光催化效果好。这种新的2D CN有机材料进一步增强了2D材料家族。

成果简介：山东大学郝霄鹏教授课题组由简便有机合成获得的2D氮化碳（CN）的基础上，通过焙烧进一步制备出多种不同2D CN，与常见的g-C3N4相比，这些2D CN具有更加良好的光催化效果。相关成果以“New 2D CarbonNitride Organic Materials Synthesis with Huge-Application Prospects in CNPhotocatalyst”为题发表在国际期刊Small上。（DOI:10.1002/smll.201704138）

图文导读：

图1：初始2D CN的合成步骤。

5g三聚氰胺粉末分散在40ml蒸馏水中，在室温下进行搅拌。然后将生成的前体转移到特氟龙内衬的不锈钢高压釜中(V= 50ml)高压釜密封，在自生压力下200℃保持24小时，然后自然冷却至室温。产品被过滤掉，用酒精和蒸馏水洗涤，最后在真空中80℃干燥24小时，以进一步表征。

图2：a)三聚氰胺原料 b)2D CN的SEM图 c，d) 2D CN不同尺寸下AFM图像; e)三聚氰胺和2D CN的红外光谱;f) 2D CN (c1s)的XPS谱。

原料(三聚氰胺)和产品(2D CN)的形态分别如图1a、b所示。经过简单的水热过程，合成了2DCN的层状结构，形貌如图1b所示。从图c所示的AFM图像可以看出，层状材料均匀地分布在云母片上，2D CN的厚度约为1.5 nm(如图1d所示)。图e的红外区别显示出2D CN聚合物的产生。图f结合元素分析谱得出2D CN的C/N比为0.76:1，符合于C3N4。

图3：a)传统方法三聚氰胺(550℃，2h)制备的g-C3N4的SEM图;

b-g)不同550℃处理时间2D CN的SEM图(0h，0.5h，1h，1.5h，2h，2.5h);h，i) 550℃，1.5 h处理CN的SEM和TEM图

传统三聚氰胺制备的g-C3N4和不同处理时间制备的新型CN形貌对比发现，随着处理时间延长，1h后，CN纳米片表面开始开裂(图3d)。在1.5h时，CN纳米片的表面在高温下被裂解成微小的纳米线(图3e)。处理时间达到2h时，样品进一步开裂，产物在高温下聚集(图3f)。当时间延长到2.5 h时，CN纳米片变成一些组装和断裂的纳米纤维（图3g）。对1.5h的CN做进一步的SEM和TEM的表征（图3h，i）。

图4：a)三种材料的光催化析氢比较；b，c)初始CN的不同处理时间析氢比较；d)1.5h处理时间CN的析氢循环曲线（梳状结构）

100ml水溶液，含三乙醇胺(20%)作为牺牲剂，和1 wt % Pt为助催化剂， 50mg催化剂在300 W氙灯 (λ> 420nm)条件下测试光催化析氢性能。从结果可以看出与传统g-C3N4相比，新型CN具有更好的光催化效果，其中梳状结构CN(1.5h热处理)具有析氢效果。从循环稳定性看，梳状物也没有明显的降解。

图5：a): 传统g-C3N4（以三聚氰胺原料）和热处理1.5h梳状CN吸附曲线比较；b) 传统g-C3N4（表示为−0.5）和不同热处理时间新型CN的BET比较；c)样品的紫外-可见漫反射光谱；d) (AEphoton)2 ∼ Ephoton 曲线图，用于计算材料带隙; e)样品对照明开关的光电流响应；f)光致发光(PL)发射光谱。

如图5a所示，CN (1.5 h)梳状结构的等温线确定为IV型，这是片状和纤维混合结构材料的特征等温线。CN (1.5 h) BET表面积达48.3 m2 g-1，是传统g-C3N4 (8.5 m2 g-1)的6倍以上(图5b)。随着热处理时间增加，CN比表面积先增大后减小，1.5h达到峰值。紫外可见漫反射光谱(图5c)发现CN (1.5 h)对可见光的吸收能力也是好的，为光催化析氢奠定基础。由图5d计算出带隙值发现，CN (1.5 h)为0.79eV，比传统g-C3N4（0.76eV）稍大，在新型CN中却是很小的。图5e，梳状结构的CN (1.5 h)表现出更强的光电流响应，说明光生载流子的复合被大大**。（结合6f的PL谱）。由此分析，可能是在热处理过程中，结构裂开，催化活性位点增加，后面时间过长，结构破坏严重，反而催化活性降低。

小结：以三聚氰胺为原料成功合成了厚度约为1.5 nm的新型2D CN材料。为制备二维CN有机材料提供了一种简便、**的方法，通过焙烧上述2D CN有机材料，得到了层状、层孔状和梳状形貌的CN光催化剂。通过光催化制氢实验，与常见的g-C3N4相比，这些CN光催化剂具有更加良好的光催化效果，其中焙烧时间1.5h对应的C/N比的CN光催化效果很好。这种合成新型2D CN有机材料的策略也可以推广到制备下一代**CN光催化剂。

以上内容均来自网络，如有侵权，请联系在在线客服删除！谢谢

不用于商业用途用途，不能用于人体实验