1。2。1。2 金属氧化物的催化作用

金属氧化物具有催化能力，所以金属氧化物经常被用来当作催化剂。当金属氧化物被用作主催化剂时，可分为过渡金属氧化物和主族金属氧化物催化剂。实用氧化物催化剂通常是在主催化剂中加入多种添加剂制成的多组分氧化物催化剂。金属氧化物很多是半导体，因此可以用能带概念来解释催化现象，电导率、逸出功等金属氧化物整体性质被用来解释催化活性，离子的 d电子组态、晶格氧特性、表面酸碱性等氧化物的局部性质也被用来解释催化活性，所以金属氧化物的催化功能与半导体存在一定的关系。一些金属氧化物半导体，如：氧化锌（ZnO）、氧化铁(Fe2O3)等被运用到光催化反应中，光催化固氮、光催化有机合成，还有在抗菌消毒和生物医疗领域金属氧化物的光催化应用研究也相继展开。 

1。2。2 g-C3N4的研究情况

1。2。2。1 C3N4的结构

C3N4结构如图1。1[4]。

图 1。1 C3N4结构形式:(a)β-C3N4,(b)α-C3N4,(c)c-C3N4,(d)pc-C3N4,(e)g-C3N4

Fig。1。1 The structure of C3N4:(a)β-C3N4,(b)α-C3N4,(c)c-C3N4,(d)pc-C3N4,(e)g-C3N4

    （1）β-C3N4结构：以β-Si3N4为原型提出，与β-C3N4结构相同； 

（2）α-C3N4结构：以β-C3N4结构为基础，由一层β-C3N4(A)及其镜像(B)以相互间隔的ABAB…形式堆垛形成； 

（3）立方相C3N4结构：以硅锌矿Ⅱ结构（ZnSiO4的一种高压相结构）为原型，由C原子替代Zn和Si，原子占据O的位置； 

（4）赝立方相C3N4结构：由α-CdIn2Se4结构为原型得出，每个晶胞含一个C空位的闪锌矿结构； 

（5） 石墨相g-C3N4结构：以石墨的C原子层为原型，用N原子间隔替代一半的C位置，而剩余的每四个C原子中，有一个被空位替代；所构成的 C3N4层再以ABAB…形式堆垛。

1。2。2。2 g-C3N4的结构

室温下，类石墨g-C3N4结构是五种结构中最稳定的。在g-C3N4中C、N原子均以sp2杂化相间排列，层间由C3N4环或者C6N7环组成，环间由末端的N原子相连从而形成一层无限扩展的平面，如图1。2所示。

图1。2 g-C3N4同素异形体的的连接形式：(a) C3N4环(b)C6N7环

Fig。1。2 The connection form of the g-C3N4 shaped body with(a)C3N4 ring(b)C6N7 ring

三嗪与3-s-三嗪是组成g-C3N4同素异形体的两种基本结构单元。因为两种基本结构中含氮孔的大小不同，所以N原子所处的电子环境也不同，故两种结构的稳定性也不同。Kroke等人[5]用密度泛函理论(DFT)计算认为3-s-三嗪结构的g-C3N4(30kJmol-1)更加稳定。层与层之间的吸引是分子间作用力的结果，层与层之间的结合分为三种形式:ABCABC型或ABAB型或来自~优尔、论文|网www.youerw.com +QQ752018766-型交替(见表1。1)。

表1。1类石墨的碳氮化物结构

Tab。1。1 The structure of the graphite carbon nitride

层状交替 ABCABC ABAB ABAB 来自~优尔、论文|网www.youerw.com +QQ752018766-

空间群 R3m P6m2 P2mm P2mm

晶格类型 菱形 六方 正交 正交

1。2。2。3 g-C3N4的性质

(1)g-C3N4的间接带隙(6。4 eV)和直接带隙(6。75 eV)均大于金刚石的最小能带宽度，这说明g-C3N4硬度非常强，其压缩系数也较低[6]。