石墨相氮化碳的制備、改性及催化加氫應用

李 爍,姚 楠

(浙江工業大學 工業催化研究所 綠色化學合成技術國家重點實驗室培育基地,浙江 杭州310014)

1 前 言

催化加氫反應由于具有產物收率高、反應條件溫和、環境污染低和可操作性強等優點，被廣泛應用于醫藥、精細化工、石油化工等領域[1-3]。在催化加氫反應過程中，催化劑對加氫反應的性能具有決定性的作用。因此，研究和開發新型高效催化加氫催化劑引起了廣泛的關注。石墨相氮化碳(g-C3N4)是一種新型非金屬半導體聚合物材料，其結構中由C和N 原子通過SP2雜化以共價鍵連接形成具有高度離域的大π共軛體系，并存在三嗪環(C3N4)或者三均三嗪環(C6N7)兩種結構單元(圖1)[2]。相比較而言，具有C6N7環結構單元的g-C3N4更加穩定，所以一般認為該材料主要以C6N7環的形式通過末端N原子連接形成無限擴展的二維平面。這種結構的層間范德華力使其具有良好的熱穩定性和化學穩定性，不溶于水、醇類、丙酮等大多數溶劑，并在強酸堿條件下具有耐腐蝕性[4]。

圖1 石墨相氮化碳的兩種結構單元Fig.1 Two structural units of g-C3N4

g-C3N4具有合適的電子能帶結構，其能帶隙為2.7 eV，能夠吸收利用可見光，在光催化領域具有良好的應用前景，如光催化有機合成、光催化降解有機污染物和光催化分解水制氫等[5-6]，Wang 等[7]首次發現g-C3N4材料的光催化產氫效果顯著，使得其在光催化領域的研究引起了轟動。隨著介孔石墨相氮化碳材料的出現，一方面使其具有較高的比表面積、較大的孔徑和孔容，以利于催化反應中反應底物和產物的傳質擴散(例如，Coettmann 等[8]將介孔g-C3N4應用于Friedel-Crafts反應)；……