g-C3N4基異質結構光催化劑的研究

吳 凡 林育玲

(東華理工大學化學生物與材料科學學院，江西 南昌 330013)

前言

近年來，工業社會的迅猛發展以及全球人口的增長造成環境污染和能源稀缺等問題。因此，為了保證社會的長期可持續發展，利用太陽能的光催化技術具有巨大的潛力，因為它直接利用太陽能生產有價值的化學燃料[1]。石墨化的氮化碳(g-C3N4)是一種由C、N元素組成的典型無金屬半導體聚合物，并且合成簡便、沒有毒性、化學穩性定和熱穩定性高，是一種頗有潛力的光催化劑[2-4]。然而，由于極小的表面積、低的吸收率和高的光生電子-空穴的快速復合，g-C3N4的光催化活性仍有待進一步開發。為了克服上述缺點，人們提出了多種策略來提高g-C3N4光催化活性，例如，向g-C3N4的骨架中摻入S、N、P等原子調整其帶隙來改善光催化性能或引入異質結[7，8]原子摻雜[5，6]，它能有效分離電子-空穴對。本文簡單介紹了幾種常見的異質結光催化劑。最后，簡述了異質結光催化劑的現狀、機遇、挑戰和發展前景。

1 傳統g-C3N4基異質結構光催化劑

通常，異質結的定義為：兩種不同的半導體間的界面[9]，這兩種半導體有不同的帶結構，這會使能帶結合。常見的傳統異質結光催化劑是I型和II型異質結光催化劑。

1.1 傳統g-C3N4基I型異質結光催化劑

如圖(1a)所示，為I型異質結光催化劑的結構[10]。半導體A的導帶(CB)和價帶(VB)分別比相對應的半導體B的導帶(CB)高，比B的價帶(VB)低。因此，在光照下，電子積聚在半導體B的導帶(CB)上，空穴將積聚在半導體B的價帶(VB)能級上。由于I型異質結光催化劑的電子和空穴都在同一個半導體(B)上聚集，所以導致電子-空穴對不能有效分離。……