综述-郑保健1

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1、石墨•碳化氮的性能研究%1.概述1.1研究背景1.1.1能源危机和环境污染随着社会经济的快速发展，全球性的能源危机和环境污染问题已经引起世界各地的广泛关注。在21世纪初进行的调杏表明，在现有储量和开采速度下，煤炭的可开采年份是227年，石汕是39.9年，天然气是61年。能源危机己经威胁到了整个人类的发展。从环境的角度看，化石能源的大规模开釆利用是造成大气和其他类型环境污染以及生态破坏的主要原因Z—。解决能源短缺和环境问题是实现可持续发展的必然要求，光催化技术可以冇效解决这两方面问题。能够有效利川太阳能实现光催化降解污染物的可见光催化技术及可见光催化剂的制备成为环境、

2、化学及材料学等各领域的研究热点［1］。光催化技术在利用太阳光能开发可再生能源及环境净化上表现出巨大的应用前杲，因此一直是科学和技术研究热点1972年，Fujishima和Honda发现在二氧化钛光电极上分解水制氢效应，这意味著人们可以直接利用光催化材料來分解水获得清洁能源。［2］此后，二氧化钛的多相催化研究在坏境净化领域内的气相、水相光催化有机物降解、矿化上取得了较大进展。［3］从此光催化成为一•个非常重要的研究领域。迄今为止，光催化研究主要集中在光催化水分解制氢和光催化降解环境污染物研究上。此外，利用光催化还原重金属离了、除臭、防雾、杀菌、自清洁等方面的应用研究也

3、有所报道［4-5］o1.2碳化氮1.2.1碳化氮的介绍氮化碳是一种碳氮化合物，它拥有和金刚石相比拟的硬度，以及良好的韧性。制备氮化碳的实验是在1989年首先从理论上预言4年之后获得成功的。在分析一系列超硬材料结构,如最硬的材料金刚石，体积弹性模量髙达435GPa（吉帕），立方氮化硼体积弹性模量高达369GPa,以及硬度相对较低的碳化硅、碳化硼和氮化硅等超硬材料后，发现B相氮化碳品体的体积弹性模量483GPa,而材料的体积弹性模量的大小正是表征材料硬度高低的宏观物理虽。这就从理论上首次预言了氮化碳的驶度可能比以往世界上垠硬的金刚石还要高。在自然界，至今还没冇发现天然存

4、在的氮化碳晶体，而1993年竟然在实验室人工合成唤度超过金刚石的这种新材料。这一轰动性的事件一经在美国《科学》和《纽约时报》上报道，成为轰动性科技新闻后，立即引起全世界材料界的关注。于是世界上许多实验室开展了这项研究，一时间形成热潮。在研究机构、国防部门和公司企业的共同协作下，一些实验室很快取得很好的成果。另外，氮化碳存在五种同素异形体，即G相、P相、立方相、准立方相、石眾相，其中石墨相氮化碳在室温下最为稳定。石墨氮化碳因其化学热稳定性好，无毒且原料易得、不含金属等优界的性能而受到世界各国研究工作者的广泛关注。［6］特别是近年来王鑫晨等人发现了石黑相氮化碳具有优界的

5、光催化水分解性能•随后，大量研究人员在氮化碳的光催化性能研究与改进上做了大量的工作。1.2.2碳化氮的合成研究在理论的预言下，人们采用各种手段试图在实验室合成出这种新的低密度高硬度的非极性共价键化合物，常用的制备方法有震荡波压缩、高压热解、离子注入、反应溅射、等离子体化学气相沉积、电化学沉积、离了束沉积、低能离了辐射、脉冲电弧放电和脉冲激光诱导等，但这种超硕材料的合成结果并不理想，主要表现在沉积物多为非晶◎薄膜，少数实验得到纳米级尺寸的氮化碳品粒镶嵌于非品薄膜中，很少得到大颗粒的品体。另外，FI前又没冇天然存在的标样,ifij.FI.由于氮化碳几种相态的能量相近，在

6、制备的薄膜中很难得到单一相的氮化碳化合物，使得对这种材料的准确表征存在很多困难，如对IR光谱吸收峰位直的确切解禅，X射线衍射或透射电镜结果与预言值之间的较人差别，Raman光谱仅表现为石墨或无定形碳膜的特征光谱等，这些困难使得冃前的氮化碳的合成研究进展缓慢。［7］但一些研究结果表明非品CN薄膜也具有很高的硕度、耐磨性、储蛍性能以及优界的场发射性能，值得人们深入研究。%1.主要研究内容2.1光催化反应研究2.1.1光催化技术光催化技术是指在光的参与条件下，在光催化剂及其的表而吸附物之间进行的一•种化学反应从而促进化合物的合成或是化合物降解的过程。作为一种新型废水的处理

7、方法，光催化技术具有温和的反应条件、简便的操作且能矿化绝人数有机物、能有效利用太阳能、二次污染低等特点，在治理环境污染方而发挥越来越重要的作用。［8］2.1.2光催化反应在光子的激发下，半导体价带中的电子获得能量，被激发到导带中形成光电子，同时在价带屮留卜•光牛空穴。光牛电子和空穴都能够引发吸附物种的氧化还原反应。我们把这种通过光能转化为化学能，促进化合物合成或使化合物分解的过程称为光催化反应。早在1929年，人们就发现钦白粉即二氧化饮能使冇机染料退色，使冇机高分了粘合剂发生光致分解而粉化。但当时并没有引起足够的重视，真正意义上的半导体光催化技术研究应当追溯到上