Page 55 - 《精细化工》2021年第11期

第 11 期 王立志，等: g-C 3 N 4 在光催化制氢领域的研究进展：如何促进光吸收和载流子的分离传输 ·2201·

HAN 等 [16] 采用冷冻干燥组装的双氰胺 高达 8510 μmol/(h·g)，且表观量子效率为 5.1%。
（DCDA）纳米结构前驱体热聚合，随后以异丙醇 IQBAL 等 [18] 设计了一种简便的气体气泡模板法，制
（IPA）水溶液为溶剂，利用溶剂热膨胀法制备了 备了大尺寸的薄片状纳米 g-C 3 N 4 ，该方法不仅操作
g-C 3 N 4 介孔纳米粉体，制作过程如图 3 所示。通过 简单、步骤较少，且 g-C 3 N 4 纳米片比表面积和孔容
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调节热剥离时间，可以较容易地控制介孔 g-C 3 N 4 纳 分别为 75 m /g 和 0.627 cm 。UV-Vis 光谱表明，比
米网络的层数。在最优条件下可以得到<0.5 nm 的单 表面积增大了 4 倍后，g-C 3N 4 纳米片的吸收边界比
层介孔 g-C 3 N 4 纳米粉体，该介孔 g-C 3 N 4 比表面积约 g-C 3N 4 的吸收边界明显偏移，增加了光吸收范围。致
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为 331 m /g，比无定形 g-C 3 N 4 高 33 倍以上。将层 使g-C 3N 4 纳米片的光析氢效率达到9871 m /(h·g)，420
状材料分层成二维单原子薄片能带来包括面积大、 nm 处的表观量子效率为 3.30%。与中空材料完全贯
超高的载流子迁移率、能带结构的显著变化等优异 通的孔道不同，多孔材料分布在表面的孔会增加材
的物理性质 [17] 。该介孔 g-C 3 N 4 在光催化反应中的光 料的比表面积，增加物体的光吸收。通常来说，片
捕获能力明显增强，在 420 nm 下的光催化析氢效率 状结构能给 g-C 3 N 4 带来更大的最佳产氢效率。

图 3 薄片状纳米 g-C 3 N 4 的制备 [16]
Fig. 3 Preparation of g-C 3 N 4 nanomesh [16]

1.1.3 其他结构的 g-C 3 N 4 传统 g-C 3 N 4 的 20.3 倍。YANG 等 [22] 采用快速氧化
除了 g-C 3 N 4 的中空结构和片状结构，以多孔结 法制备了热氧化多孔 g-C 3 N 4 ，改性后的 g-C 3 N 4 具有
构为代表的其他结构也会促进 g-C 3 N 4 光解水制 H 2 。 多孔结构，具有比表面积大、表面反应位点多、光
WU 等 [19] 通过高温煅烧和盐酸处理制备了一种 吸收范围大、可见光利用率高等优点。产氢效率为
具有高比表面积和氮缺陷的三维直观纳米粒子 1430.1 μmol/(h·g)。
g-C 3 N 4 。该方法能解决煅烧时容易烧结而形成无定 中空、片状和其他形貌材料都是通过改变 g-C 3N 4
形 g-C 3 N 4 的问题，不会对活性中心的数量有不利影 的形貌、增大比表面积来增加光采集。提高光采集
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响，且煅烧后 g-C 3 N 4 的比表面积可达到 226.19 m /g， 可以产生更多的光生电子-空穴对，使更多的电子能
且氮空位结合纳米结构的协同效应使其具有更宽的 参与水的氧化还原反应，提高 H 2 产率。
可见光响应范围 [20] 、更多的活性侧边和催化活性位 1.2 非金属元素掺杂 g-C 3 N 4
点，同时，吸收边界的多重反射效应和红移增强了 不同非金属元素的添加和掺杂可以使 g-C 3 N 4 的
光吸收，从而产生了更多的光电子 [21] 。优化后的 物理或化学性质发生改变，从而实现调节 g-C 3 N 4 的
g-C 3 N 4 的 H 2 最大析出效率为 92.57 μmol/(h·g)，是 能带结构，延长可见光的吸收，达到提高光催化活