Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сравнение нерасфасованных порошков gC 3 N 4 (слева) и нанолистов gC 3 N 4 по 100 мг. [1]

Графитовый нитрид углерода (gC 3 N 4 ) представляет собой семейство соединений нитрида углерода с общей формулой, близкой к C 3 N 4 (хотя обычно с ненулевым количеством водорода) и двумя основными субструктурами на основе гептазина и поли (триазин имида). единицы, которые, в зависимости от условий реакции, демонстрируют разную степень конденсации , свойства и реакционную способность .

Подготовка [ править ]

Графитный нитрид углерода может быть получен путем полимеризацией из цианамида , дициандиамида или меламина . Первоначально сформированная полимерная структура C 3 N 4 , дыня , с боковыми аминогруппами , представляет собой высокоупорядоченный полимер . Дальнейшая реакция приводит к более конденсированным и менее дефектным формам C 3 N 4 на основе звеньев три-s-триазина (C 6 N 7 ) в качестве элементарных строительных блоков. [2]

Графитовый нитрид углерода можно также получить электроосаждением на подложку Si (100) из насыщенного ацетонового раствора трихлорида циануровой кислоты и меламина (соотношение = 1: 1,5) при комнатной температуре. [3]

Хорошо закристаллизованные нанокристаллиты графитового нитрида углерода также могут быть получены путем бензол-термической реакции между C 3 N 3 Cl 3 и NaNH 2 при 180–220 ° C в течение 8–12 часов. [4]

Недавно было сообщено о новом методе синтеза нитридов углерода графита путем нагревания при 400-600 ° C смеси меламина и мочевой кислоты в присутствии оксида алюминия . Оксид алюминия способствует осаждению слоев графитового нитрида углерода на открытой поверхности. Этот метод можно сравнить с химическим осаждением из паровой фазы на месте (CVD). [5]

Характеристика [ править ]

Определение характеристик кристаллического gC 3 N 4 может быть выполнено путем идентификации триазинового кольца, присутствующего в продуктах, с помощью измерений рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), спектров фотолюминесценции и спектра инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) (пики при 800 см -1 , 1310 см -1 и 1610 см -1 ). [4]

Свойства [ править ]

Благодаря особым полупроводниковым свойствам нитридов углерода они проявляют неожиданную каталитическую активность для множества реакций, таких как активация бензола , реакции тримеризации , а также активация диоксида углерода ( искусственный фотосинтез ). [2]

Использует [ редактировать ]

Коммерческий графитовый нитрид углерода доступен под торговой маркой Nicanite. В своей графитовой форме микронных размеров он может использоваться для трибологических покрытий, биосовместимых медицинских покрытий, химически инертных покрытий, изоляторов и для решений по хранению энергии. [6] Графитовый нитрид углерода считается одним из лучших материалов для хранения водорода. [7] [8] Его также можно использовать в качестве носителя для каталитических наночастиц . [1]

Сферы интересов [ править ]

Благодаря своим свойствам (в первую очередь, большой регулируемой ширине запрещенной зоны и эффективному интеркалированию солей) графитовые нитриды углерода исследуются для различных областей применения:

  • Фотокатализаторы
    • Разложение воды на H 2 и O 2 [9]
    • Разложение загрязняющих веществ
  • Полупроводник с большой запрещенной зоной [10]
  • Гетерогенный катализатор и носитель
    • Значительная эластичность нитридов углерода в сочетании с поверхностной и внутрислойной реакционной способностью делает их потенциально полезными катализаторами, полагающимися на их лабильные протоны и функциональные возможности оснований Льюиса. Такие модификации, как легирование, протонирование и молекулярная функционализация, могут быть использованы для улучшения селективности и производительности. [11]
    • Катализаторы из наночастиц, нанесенные на gCN, находятся в стадии разработки как для топливных элементов с протонообменной мембраной, так и для водных электролизеров . [10]
    • Несмотря на то, что графитовый нитрид углерода имеет некоторые преимущества, такие как небольшая ширина запрещенной зоны (2,7 эВ), поглощение видимого света и гибкость, он все еще имеет ограничения для практического применения из-за низкой эффективности использования видимого света, высокой скорости рекомбинации фотогенерируемых носителей заряда. , низкая электропроводность и небольшая удельная поверхность (<10 м2 · г-1). [12] Чтобы устранить этот недостаток, одним из наиболее привлекательных подходов является легирование графитового нитрида углерода углеродными наноматериалами, такими как углеродные нанотрубки. Во-первых, углеродные нанотрубки имеют большую удельную поверхность, поэтому они могут обеспечивать больше участков для разделения носителей заряда, затем снижать скорость рекомбинации носителей заряда и дополнительно увеличивать активность реакции восстановления. [13]Во-вторых, углеродные нанотрубки демонстрируют высокую способность к электронной проводимости, что означает, что они могут улучшать графитовый нитрид углерода с помощью отклика в видимом свете, эффективного разделения и переноса носителей заряда, тем самым улучшая его электронные свойства. [14] В- третьих, углеродные нанотрубки можно рассматривать как своего рода узкополосный полупроводниковый материал, также известный как фотосенсибилизатор, который может расширять диапазон поглощения света полупроводниковым фотокаталитическим материалом, тем самым улучшая использование видимого света. [15]
  • Материалы для хранения энергии
    • Из-за того, что интеркаляция Li может происходить в большем количестве участков, чем графит, из-за пустот внутри слоя в дополнение к интеркалированию между слоями, gCN может накапливать большое количество Li [16], что делает их потенциально полезными для аккумуляторных батарей.

См. Также [ править ]

  • Бета-нитрид углерода

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Чен, Сюфан; Чжан, Лиган; Чжан, Бо; Го, Синьцуй; Му, Синьдун (2016). «Высокоселективное гидрирование фурфурола до фурфурилового спирта над наночастицами Pt, нанесенными на нанолистовые катализаторы gC 3 N 4 в воде» . Научные отчеты . 6 : 28558. Bibcode : 2016NatSR ... 628558C . DOI : 10.1038 / srep28558 . PMC  4916514 . PMID  27328834 .
  2. ^ а б Томас, А .; Фишер, А .; Goettmann, F .; Антониетти, М .; Müller, J.-O .; Schlögl, R .; Карлссон, Дж. М. (2008). «Графитовые материалы из нитрида углерода: изменение структуры и морфологии и их использование в качестве безметалловых катализаторов». Журнал химии материалов . 18 (41): 4893–4908. CiteSeerX 10.1.1.529.6230 . DOI : 10.1039 / b800274f . 
  3. ^ Li, C .; Cao, C .; Чжу Х. (2003). «Получение графитового нитрида углерода методом электроосаждения». Китайский научный бюллетень . 48 (16): 1737–1740. DOI : 10.1360 / 03wb0011 .
  4. ^ a b Guo, QX; Xie, Y .; Ван, XJ; Lv, SC; Hou, T .; Лю, XM (2003). «Характеристика хорошо кристаллизованных графитовых нанокристаллитов нитрида углерода с помощью бензол-термического пути при низких температурах». Письма по химической физике . 380 (1–2): 84–87. Bibcode : 2003CPL ... 380 ... 84g . DOI : 10.1016 / j.cplett.2003.09.009 .
  5. ^ Данте, RC; Martín-Ramos, P .; Correa-Guimaraes, A .; Мартин-Гил, Дж. (2011). «Синтез графитового нитрида углерода реакцией меламина и мочевой кислоты». Химия и физика материалов . 130 (3): 1094–1102. DOI : 10.1016 / j.matchemphys.2011.08.041 .
  6. ^ «Никанит, графитовый нитрид углерода» . Карбодеон.
  7. ^ Наир, Асалата А.С.; Сундара, Рамапрабху; Анита, Н. (02.03.2015). «Способность накапливать водород наночастиц палладия, украшенных графитовым нитридом углерода». Международный журнал водородной энергетики . 40 (8): 3259–3267. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2014.12.065 .
  8. ^ Наир, Асалата А.С.; Сундара, Рамапрабху (12 мая 2016 г.). «Наночастицы катализатора из сплава палладия и кобальта способствовали улучшенному хранению водорода в графитовом нитриде углерода». Журнал физической химии C . 120 (18): 9612–9618. DOI : 10.1021 / acs.jpcc.6b01850 .
  9. ^ Ван, Синьчэнь; Маэда, Кадзухико; Томас, Арне; Таканабэ, Казухиро; Синь, банда; Карлссон, Йохан М .; Домен, Казунари; Антониетти, Маркус (2009). «Безметалловый полимерный фотокатализатор для получения водорода из воды в видимом свете». Материалы природы . 8 (1): 76–80. DOI : 10.1038 / nmat2317 .
  10. ^ а б Мансор, Норамалина; Миллер, Томас С .; Дедигама, Ишанка; Хорхе, Ана Белен; Цзя, Цзинцзин; Браздова, Вероника; Маттеви, Сесилия; Гиббс, Крис; Ходжсон, Дэвид (2016). «Графитовый нитрид углерода в качестве катализатора в топливных элементах и ​​электролизерах» . Electrochimica Acta . 222 : 44–57. DOI : 10.1016 / j.electacta.2016.11.008 .
  11. ^ Томас, Арне; Фишер, Анна; Геттманн, Фредерик; Антониетти, Маркус; Мюллер, Йенс-Оливер; Шлёгль, Роберт; Карлссон, Йохан М. (14 октября 2008 г.). «Графитовые материалы из нитрида углерода: изменение структуры и морфологии и их использование в качестве безметалловых катализаторов». Журнал химии материалов . 18 (41): 4893. CiteSeerX 10.1.1.529.6230 . DOI : 10.1039 / b800274f . ISSN 1364-5501 .  
  12. ^ Niu P, Zhang LL, Liu G, Cheng HM et al. Графеноподобные нанолисты нитрида углерода для улучшения фотокаталитической активности [J]. Современные функциональные материалы, 2012, 22 (22): 4763-4770.
  13. ^ Zhang LQ, He X, Xu XW и др. Высокоактивный фотокатализатор TiO2 / g-C3N4 / G с расширенным спектральным откликом на селективное восстановление нитробензола [J]. Прикладной катализ B: Окружающая среда. 2017, 203: 65-71.
  14. ^ Dong F, Li YH, Wang ZY, Ho WK et al. Повышенная фотокаталитическая активность в видимом свете и окислительная способность пористых графеноподобных нанолистов g-C3N4 за счет термического отшелушивания [J]. Прикладная наука о поверхности, 2015, 358: 393–403.
  15. ^ Мишра А.К., Мамба Г. и др. Графические нанокомпозиты из нитрида углерода: новое захватывающее поколение фотокатализаторов, работающих в видимом свете, для устранения загрязнения окружающей среды [J]. Прикладной катализ B, 2016, 21: 351-371.
  16. ^ Ву, Мэнгао; Ван, Цянь; Сунь, Цян; Йена, Пуру (28 марта 2013 г.). «Функционализированный графитовый нитрид углерода для эффективного хранения энергии». Журнал физической химии C . 117 (12): 6055–6059. DOI : 10.1021 / jp311972f . ISSN 1932-7447 . 
  • v
  • т
  • е
Соли и ковалентные производные нитрид- иона
NH 3
N 2 H 4		Он (N 2 ) 11
Ли 3 НBe 3 N 2BNβ-C 3 N 4
г-C 3 N 4
C x N y		№ 2N x O yNF 3Ne
Na 3 NMg 3 N 2AlNSi 3 N 4PN
P 3 N 5		S x N y
SN
S 4 N 4		NCl 3Ar
К 3 НCa 3 N 2ScNБанкаVNCrN
Cr 2 N		Mn x N yFe x N yПротивNi 3 NCuNZn 3 N 2GaNGe 3 N 4В качествеSeNBr 3Kr
Руб.Sr 3 N 2YNZrNNbNβ-Mo 2 NTcRURhPdNAg 3 NCdNГостиницаSnSbTeNI 3Xe
CSBa 3 N 2 Hf 3 N 4TaNWNReОперационные системыIrPtAuHg 3 N 2TlNPbBiNПоВRn
ПтRa 3 N 2 RfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcУр.ЦOg
↓
ЛаCeNPrNdВечераСмЕвропаGdNTbDyХоЭТмYbЛу
AcЧтПаU 2 N 3NpПуЯвляюсьСмBkCfEsFMМкрНетLr