石墨相氮化碳的研究历史二十世纪初，Franklin使用热解法尝试热解了硫氰酸汞这种物质，从而发现了一种还没有定型的物质，它由碳和氮这两种元素构成的，具有假设类似石墨的结构[6]。从20世纪四十年代到20世纪五十年代，这十年间，当时的科研工作者一般都是尝试通过热解其他物质例如硫氰酸盐或者三嗪以及七嗪来实现C3N4的制备的[7]，但是，可惜的是好像无数次的试验都无法得到一个稳定结构的晶体。直到二十世纪末，A。Y。Liu和M。L。Cohen根据β-Si3N4这种已经被确定的晶体结构，运用一系列的公式计算，从而提出了β-C3N4的可能结构，并且在理论上，计算了β-C3N4的弹性模量约为410Gpa，发现其硬度与金刚石相似[8]。在这之后，各国的科研工作者都开始了对这种特殊材料的研究。1996年，Teter等人计算总结出氮化碳固体可能具有五种晶相结构，分别为α相和β相、立方相、准立方相以及石墨相[9]。而在常温下，这五种晶相结构中最稳定的就是石墨相氮化碳（g-C3N4）[10]。g-C3N4的导电导热性质与它本身的温度有关，随着温度的增高，它会从不导电变成一个优良的导体[11]。81240

2石墨相氮化碳的性质

（1）光电学特性

g-C3N4具有半导体的典型吸收特性，吸收蓝紫光，其光谱宽带约在420nm。

（2）化学稳定性

g-C3N4的层间作用力是范德华力，这与石墨相似。它不能够溶于一般的溶剂也不能与之发生反应，这些溶剂如乙醇、乙醚、甲苯和水等[12]。Thomas等一些科学家通过做了一列的实验来测试g-C3N4化学的稳定性和耐久度。首先，将g-C3N4分别加入到二甲基甲酰胺、乙腈、冰醋酸、吡啶、水、丙酮、乙醇、二氯甲烷和Na（OH）2溶液（0。1mol/L）中，将其静置一个月左右的时间，通过将其加热到80℃进行干燥，干燥时间为10h，之后再通过红外光谱对溶剂处理前和处理后g-C3N4试样分别进行表征。试验的结果显示，未经任何溶剂处理试样和加入溶剂后的氮化碳的试样它们的IR并没有本质上的区别。通过上面的试验我们可以发现g-C3N4的化学稳定性相当出色。论文网

（3）热稳定性

通过热重分析（TGA）可以得出g-C3N4加热到600℃（空气气氛）时，仍然会保持其原有结构，然而继续加热温度达到了630℃的时候，g-C3N4已经开始逐渐分解，而且分解所得产物都会开始挥发。究其原因是因为当温度达到630℃的时候，他会出现很强的吸收热的峰值还有连续失重的现象。根据实验我们还得出了它的完全分解温度为750℃。通过不同的工艺流程和制备方法所制得的氮化碳，它们的聚合度也有很大不同那是因为有机材料的聚合度与它们的热稳定性有很大的关系。不过典型的聚酰亚胺、芳香聚酰胺和高温聚合物的热稳定性还是不如g-C3N4的[13-15]。

3类石墨相氮化碳的结构

Berzelius制备出了一种聚合衍生物，在1834年，该聚合衍生物被命名为“melon”，它是比较经典的一类聚合物，并且是一种比较稳定的碳氮同素异形体。1992年，富兰克林以硫氰酸汞为原料，用不同的制备方法进行试验，从而证实了“melon”及其衍生物的实验组成，并且他们还发现其中氢的含量约为1。1%-2。0%，从而对“melon”的形貌结构进行了进一步的描述[16]。这些研究发现证实“melon”不是由一种结构组成的，而是由不同大小和结构的聚合物混合在一起组成的聚合衍生物[17]。图1-2是组成结构的两种同素异形体：三嗪（左）和均三嗪（右）。

图1-2g-C3N4的两种同素异形体：三嗪（左）和均三嗪（右）

Fig1-2Twoallotropesg-C3N4:Threetriazine(left)andthreein(right)