2）光生电子（e-）和光生空穴（h+）在 TiO2 粒子里面和粒子之间迁移或者失去活性；

3）光生电子（e-）和光生空穴（h+）与 TiO2 的粒子表面吸附的物质和溶剂中的物质发生 氧化还原反应，反应结束后会生成自由基团即∙OH 和 O2 和氧化性物质 H2O2，它们具有很强 的氧化能力。

4）上述所产生的自由基团和物质可以把待被降解的污染物氧化，最终生成 CO2 和 H2O。

图 1。2 半导体光催化反应原理过程图（TiO2）

Fig。 1。2 Schematic diagram of photocatalytic degradation on semiconductor photocatalysts (TiO2)

1。3 半导体光催化的局限性

被吸附于半导体表面的物质是否可以在半导体表面进行光催化反应，取决于半导体的价 带位置和被吸附物质的氧化还原电位这两个因素。光生空穴一般能氧化一切氧化电位在半导 体价带位置之上的物质；光生电子一般可以还原一切还原电位在半导体的导带之下的物质[8]。 传统观点中的半导体光催化剂有 TiO2，ZnO，BiPO4 等，它们的禁带宽度都比较大，且只对 紫外光区有响应，对于可见光区基本没有响应，导致这些半导体催化剂对太阳能的利用率很 低，还没有达到 5 %[9]。当然也存在窄带隙的半导体光催化剂，它们一般都具有较宽的光谱响 应范围，太阳能利用率一般会比传统的半导体光催化剂高。但是大部分的窄带隙的半导体催 化剂比如 CdS、CdSe 等，它们自身的稳定性很差，在溶液中催化光反应时会发产生腐蚀现象， 并不能被循环使用[10]。

1。4 石墨相氮化碳的研究概况

1。4。1 石墨相氮化碳概述

在 1989 年，Liu 和 Cohe（加州大学）用β-Si3N4 的晶体结构作为基础，用 C 来替换 Si， 从理论上预言出了有β-C3N4 共价晶体的存在[11]。1996 年 Teter 和 Hemley（华盛顿卡耐基研 究所）利用共轭梯度法计算出了 C3N4 具有的 5 种可能结构，分别为α相、β相、准立方相、 立方相以及石墨相[12]。其中，唯有石墨相氮化碳具有适中的禁带宽度，并且没有毒性，在室 温下它的稳定性很高，原料价格也相对不贵，这些特性让它成为了一种新型的适用于可见光 的光催化剂。在 2009 年，Wang 等把制备得到的介孔石墨相氮化碳成功地应用在了在光下分 解水制氢气的领域，受到了国内外的科研工作者们的极大关注，为石墨相氮化碳的研究打开 了一扇新的大门[13]。

1。4。2 石墨相氮化碳结构

本科毕业设计说明书

石墨相氮化碳有着与石墨相类似的片层结构，它是由单层氮化碳薄片一层一层地堆叠而 形成的。C 原子和 N 原子间以σ键相连接（sp2 杂化），相间排列而形成六元的杂环结构。每 一层内，三嗪杂环或者均三嗪杂环均以环末端的 N 原子相连接从而形成一张平面，此平面是 无限扩展的。在石墨相氮化碳的六元的碳氮杂环上，碳原子和氮原子中被留下的的孤对电子 很可能进行相互地键合，最终形成与苯环大π键相似的空间电子云结构[14]。文献综述

1。4。3   石墨相氮化碳制备方法

石墨相氮化碳(g-C3N4)的制备方法主要有高温热解法与溶剂热法这两种。 高温热解法指在高温条件下煅烧富含氮元素和碳元素的特定的前驱体，发生了热聚合反

应形成 g-C3N4。获得的 g-C3N4 有着优良的晶体结构和比较适中的缩聚度[15]。之后，研究人 员们找到了很多富含氮元素和碳元素的物质如尿素、单氰胺、双氰胺、三聚氰胺、氨氰、硫 脲等，都可以作为制得氮化碳的前驱体[15-17]。而且科学研究发现，将这些模板剂引入到高温 热解制备工艺中，终产物形貌会与模板材料相类似。所以可以利用调整控制模板的形貌来得 到一系列具有特定形貌的 g-C3N4。例如，在结构十分有序的介孔的氧化硅之中混进氮化碳的 前驱体，经过煅烧后去除加入的介孔氧化硅模板，就可以制得介孔氮化碳(mg-C3N4)[18]。