1。3。3 电化学沉积法
电化学沉积技术的优点在于设备简单、控制容易,近年来逐渐成为g-C3N4薄膜制备的主要方法。例如,Cao课题组[25。26]以1:1。5(摩尔比)的三聚氰氯和三聚氰胺乙腈饱和溶液作沉积液,首次得到含有g-C3N4晶体结构的CNx薄膜,C/N 的摩尔比值大约为 1。25。在此基础上,他们通过采用不同的三聚氰氯和三聚氰胺的摩尔比,研究原料组分的变化对于产物性能的影响。
1。3。4 热缩聚法
热缩聚法通过高温加热前驱体,使其在高温条件下发生缩聚反应形成g-C3N4,具有原料简便易得,制备条件温和的优点,逐渐成为制备g-C3N4的主要方式,广泛应用于制备g-C3N4基催化剂、催化剂载体和储能材料等[7。27。28]。来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com
当采取热缩聚法制备g-C3N4时,一般可以获得两种结构类型的样品。一种是Carbon-rich g-C3N4,其 C/N 摩尔比值在1−5[5。。29]另外一种是Nitrogen-rich g-C3N4,其 C/N比值在0。6−1,与g-C3N4的理论值0。75较为接近[11,30]。实验结果表明:以乙二胺和四氯化碳的低温聚合物为前驱体,经过600℃高温热缩聚而成得到Carbon-rich g-C3N4。样品结晶度差,且含有大量的石墨碳,在XRD谱图中一般只出现一个归属于(002)晶面位于约26°的特征峰。Nitrogen-rich g-C3N4一般由三聚氰胺等含有三嗪结构的化合物或者尿素这种低温加聚可以形成三嗪结构的化合物制备,聚合度较高。最近,Antonietti 等[6。31]通过差示扫描量热法(DSC)和态密泛函理论(DFT)进行计算,并对氰胺分子的聚合过程有了更深入的了解。如图2所示,在60−300 °C,单氰加热生成二聚氰胺或三聚氰胺中间体。当温度加热升温至350°C的时候,二聚氰胺或三聚氰胺中间体开始发生热分解作用,脱去氨缩聚形成三聚氰胺二聚体。当温度继续上升达到大约390 ℃时,melam进一步脱氨,三聚氰胺二聚体再发生重排,形成g-C3N4的结构基元3-s-三嗪(melem)。500℃时,这种3-s-三嗪结构基元分解脱氨,逐渐生成聚合度较低的高分子化合物melon。当继续升温至520 °C时,melon进一步变化形成类石墨层状结构的最终产物石墨相氮化碳。g-C3N4的形成非常复杂,在一个温度范围内能存在很多不相同的缩聚物,因此往往没法制得一种单一分子结构的氮化碳聚合物。如果此时还要继续加热,当温度继续上升到高于600 °C时,石墨相氮化碳开始发生轻微的分解,当继续升温至700 °C时,材料开始几乎全部分解,生成NH3等挥发性气体。因此, 一般选取550−600 °C为g-C3N4的最佳合成温度