g-C3N4笔记
简介
g-C3N4是一种典型的聚合物半导体，其结构中的CN原子以sp2杂化形成高度离域的π共轭体系。其中Npz轨道组成g-C3N4的最高占据分子轨道（HOMO），Cpz轨道组成最低未占据分子轨道（LUMO），禁带宽度~2.7 eV，可以吸收太阳光谱中波长小于475的蓝紫光
g-C3N4具有非常合适的半导体带边位置，满足光解水产氢产氧的热力学要求。
·此外与传统的TiO2光催化剂相比， g-C3N4还能有效活化分子氧，产生超氧自由基用于有机官能团的光催化转化和有机污染物的光催化降解。
g-C3N4是一种近似石墨烯的平面二维片层结构，有两种基本单元，分别以三嗪环(C3N3，图1左图)和3-s-三嗪环(C6N7，图1右图)为基本结构单元无限延伸形成网状结构，二维纳米片层间通过范德华力结合。Kroke等通过密度泛函理论（DFT）计算表明3-s-三嗪环结构较三嗪环结构连接而成的g-C3N4更稳定
禁带宽度：2.7 e
分子量：92 层间距：0.326nm
外观：淡黄色粉末 比表面积：46.87m2/g
晶体结构：类石墨相 孔容：0.3099cc/g
空间构型：平面二维片层结构 孔尺寸：26.45nm
酸碱性：中性 松装密度：约0.114g/cm3
中文名：类石墨相氮化碳 水溶性：微溶于水
毒性：无毒，粉末吸入会引起呼吸道疾病
英文名：Graphitic carbon nitride
应用方向：可见光催化材料、催化剂载体、储能、传感等方向
发展：
1996年Teter和Hemley采用第一性原理对C3N4重新计算，提出C3N4具有5种结构，即α相、β相、c相、p相和g相，其中前四种为超硬材料，而g-C3N4是软质相，在常温常压下稳定。
·2006年g-C3N4开始应用于多相催化领域，由福州大学王心晨教授课题组于2009年证实g-C3N4非金属半导体可以在光照下催化水产生氢气。
·近年来，由于特殊的结构和优异的性能， g-C3N4成为研究热点，也有企业成功实现量产并推动g-C3N4在光催化领域的商业化应用。
光催化
g-C3N4受光激发产生电子-空穴对的示意图
hν表示光子能量，A表示电子受体，D表示电子供体
优点：
1、可见光响应
g-C3N4作为新型非金属光催化材料与传统的TiO2光催化剂相比， g-C3N4 吸收光谱范围更宽，不需要紫外光仅在普通可见光下就能起到光催化作用；同时，比起TiO2，g-C3N4更能有效活化分子氧，产生超氧自由基用于有机官能团的光催化转化和有机污染物的光催化降解，更适用于室内空气污染治理和有机物降解。
2.稳定无毒无污染
·g-C3N4具有良好的热稳定性和化学稳定性。 g-C3N4能在高温下性能稳定。在超过600℃时热稳定性才会开始下降。
·g-C3N4能在强酸强碱下保持性能稳定
3.易制备
·g-C3N4能通过多种富氮前驱体（如双氰胺、尿素、三聚氰胺、硫脲等）、多种制备手段制得，具有工艺流程短、使用设备少、对设备要求低
光催化反应
光催化反应的本质是氧化还原反应，当半导体光催化材料受到光照射时会吸收光能，一旦能量超过其阈值时材料将受到激发，从而产生光生电子（e-）和空穴（h+），电子和空穴迁移到催化材料表面，其中电子被溶解氧所捕获形成超氧自由基（·O2-），而空穴则将吸附在催化剂表面，将水和氢氧根离子氧化成羟基自由基（·OH），这两类物质均具有很强的氧化性，从而将材料表面的污染物/细菌氧化成CO2和H2O，最终起到防污、除菌和净化功能。
催化剂载体和储能材料
·g-C3N4纳米材料由于具有优异的化学惰性、较高的比表面积和种类丰富的纳米多级结构，常被用作传统催化领域绿色载体和储能材料。 [1]
有机反应催化剂
·g-C3N4由于独特的化学组成和π共轭电子结构， 具有较强的亲核能力、易形成氢键以及Bronsted 碱功能和Lewis碱功能， 使其可以成为一种多功能的催化剂， 应用于传统的有机催化反应中。
参考百度
