Page 96 - 《精细化工》2021年第1期

·86· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

整体形成一个致密的块状结构。与 CN 相比，由图 由图 4 可以观察到，CN 溶液没有出现光亮的通
2b、c 可以看出，OCN 和 WCN 的层状结构相对比 路，而 OCN 和 WCN 溶液均出现了一条光亮的通路，
较松散，层间出现裂缝和孔洞，片层的厚度较薄， 呈现出典型的丁达尔效应。这表明通过热氧剥离法
这说明热氧剥离法和水热反应法破坏了层间氢键， 和水热反应法，CN 被成功剥离，得到的溶液具有胶
制备得到比表面积较大、活性位较多的二维纳米片 体的性质，OCN 以及 WCN 溶液中存在高度分散的
结构。WCN 的层与层之间发生断裂，出现了明显的 超薄纳米片。丁达尔现象进一步验证了水热反应法
纳米片结构，较 OCN 更加松散，部分片层出现弯曲， 制备出了 g-C 3 N 4 纳米片。
这是由于纳米片厚度变薄造成的。因此，热氧剥离 2.3 XRD 分析
法和水热反应法均可以实现 g-C 3 N 4 的有效剥离，且 XRD 可以分析催化剂的晶体结构，判断不同催
水热反应法效果较优。 化剂的晶体结构差异。CN、OCN 和 WCN 的 XRD
采用 AFM 对 WCN 纳米片层厚度进行了表征， 谱图见图 5。
见图 3。由图 3a 可以看出，WCN 呈现出片层结构，
在不同区域的厚度略有不同。由图 3b 可以看出，
AFM 测量薄片的厚度约为 5.04 nm，WCN 纳米片大
致由 14 个单层的 g-C 3 N 4 构成，这说明 CN 被成功
剥离，生成了 WCN 的纳米片结构 [16] 。

图 5 CN、OCN 与 WCN 的 XRD 图
Fig. 5 XRD patterns of CN, OCN and WCN

由图 5 可见，3 种样品在 2θ=27.5°处均出现了
较强的衍射峰，经过布拉格公式 d   /(2sin ) （d
为层间距，nm；θ 为 X 射线与相应晶面的夹角；λ
为 K α 辐射的波长，0.154 nm）计算得到晶面间距为

0.324 nm。在 2θ=13.1°处出现一个很弱的衍射峰，
图 3 WCN 的 AFM 图（a）及厚度分析（b） 层间距约为 0.675 nm。根据 LI 等 [17] 的说法，2θ=27.5°
Fig. 3 AFM image (a) and thickness analysis (b) of WCN
处衍射峰对应于 CN 的(002)晶面衍射，与共轭芳香
胶体的丁达尔现象同样可以验证纳米片的存 环的堆积有关，2θ=13.1°处衍射峰对应于 CN 的(100)
在。将 0.01 g 的 CN、OCN 与 WCN 分别超声分散 晶面衍射，由缩聚的三氰单元的有序排列引起。与
于 10 mL 去离子水中得到 3 种溶液，然后用红色激 CN 相比，OCN 和 WCN 在 2θ=27.5°的衍射峰都明
光照射 3 种样品溶液观察是否出现丁达尔效应，见 显减弱，峰位置没有发生变化，这是由于 CN 被成
图 4。 功剥离，层间堆积程度有所降低，导致结晶度下降，

形成了纳米薄片状结构所致。其次，WCN 在 2θ=
13.1°的衍射峰近乎消失，表明可能是结晶度降低导
致峰强度的减弱或者是实现了层状结构的纳米薄片
化，这和 SEM 及 AFM 的表征结果一致。
2.4 Raman 分析
为表征制备材料中碳的晶体是否有缺陷和剥离
前后材料的结构变化，对 CN、OCN 和 WCN 进行
Raman 光谱分析，结果如图 6 所示。
从图 6 没有观察到 Raman 光谱中典型的 D 峰和

图 4 CN（a）、OCN（b）与 WCN（c）的丁达尔现象 G 峰，这可能是由于 CN 本身具有的荧光效应在激
Fig. 4 Tyndall phenomena of CN (a), OCN (b) and WCN (c) 发光作用下产生很强的背景值。该结果与文献