氮掺杂石墨碳复合材料的制备与性能研究 自从2009年首次将石墨相氮化碳（g-C3N4）用于光催化分解水制氢领域以来，g-C3N4以其价格低廉、绿色无毒、来源广泛、化学性质稳定以及制备方法简单等特点。 在光催化领域引起了不小轰动，从而欣起了关于g-C3N4在光催化各个方向的研究热潮，这其中包括分解水制氢[82-84]、二氧化碳还原[23,85,86]、有机污染物降解以及固氮反应[24,88]等。 本章工作主要通过高温固相法制备了氮掺杂石墨碳/氮化碳（NCN），然后利用水热合成法制备了一种具有高活性的氮掺杂石墨碳/氮化碳/硫化锌镉（NCN/CZS）复合光催化剂。 优化后的10NCN/CZS在可见光下的产氢速率达到56.35mmol·h-1·g-1，分别是NCN的268倍，CZS的2.01倍。 通过傅里叶变换红外光谱对样品的组成和官能团结构进行表征分析。 图3-3（a）为g-C3N4、NCN、CZS和10NCN/CZS在400-4000cm-1的红外光谱图以及插图为相应样品的实物图。 可以从实物图观察到制备的样品外观颜色有着明显的区别。 浅黄色的g-C3N4和黄棕色的NCN两个样品在400-4000cm-1的范围内表现出相似的峰形，在813cm-1处表示三嗪单元的弯曲振动峰，位于1200-1700cm-1来源于C−N和C=N键的拉伸吸收振动峰，在3000-3500cm-1的表现出N−H基团的伸缩振动峰。 这说明两个样品的分子结构的是基本一致的，并且表现出典型氮化碳的红外吸收特征峰[98]，这与XRD结果保持一致，一致地表明引入微量的柠檬酸并没有改变g-C3N4的基本结构。 图3-3（b）为g-C3N4和NCN在1400-1700cm-1放大谱图，通过对比可以观察到NCN在1555cm-1 左右有一个微弱的吸收峰，这来源于芳香结构域的骨架振动带，这主要是由于NCN的分子结构中有一个类似于g-C3N4结构的氮掺杂石墨碳。 由于在添加少量的柠檬酸一水合物后，柠檬酸的羧基可以与尿素的氨基反应。 并且尿素在高温下会发生热分解释放氨气[99]，给坩埚的内部提供了一个富氮的气氛，从而在g-C3N4的骨架中引入氮掺杂的石墨碳[83,100]。 从10NCN/CZS的红外光谱观察到的基本是CZS的红外特征信号，这主要是由于NCN的含量较低，并且CZS的吸收峰较弱。 另外CZS的红外光谱的出峰位置包含在NCN的典型特征区范围，因此在10NCN/CZS复合材料中未能观察到明显的NCN的信号。 通过SEM和TEM图观察了所制备样品的微观形貌和组成。 图3-4为样品NCN和CN、CZS和10NCN/CZS的SEM图，NCN为不定型薄片层状结构,CZS为40-100nm粒径的纳米颗粒，并且显示出明显的团聚现象。 从10NCN/CZS和20NCN/CZS的SEM图可以发现，许多的CZS的纳米颗粒负载在片层状结构的NCN表面上。 对10NCN/CZS样品进行SEMmapping元素分析，从图3-5可以发现存在C，N，Cd，Zn和S这六种元素。 而且发现在10NCN/ZCS中C，N，Cd，Zn和S元素在该区域分布比较均匀，且CZS纳米颗粒成功的附着在二维薄片层状结构NCN的表面，因此表明10NCN/CZS复合材料被成功制备。 10NCN/CZS的透射电子显微镜图（TEM）和元素分布图（Mapping）如图3-6所示，从10NCN/CZS的TEM图中可以进一步证明了CZS纳米颗粒负载在薄片层状NCN的表面，并呈现出一定的均匀性。 通过HRTEM表明晶格间距为0.32nm的晶格条纹对应于CZS的（002）晶面，这与文献中报道的一致[101]。 同时我们选择了一块区域对样品进行元素分布表征，结果表明10NCN/CZS样品中存在C、N、Cd、Zn、S五种元素且分布较为均匀。 综上，通过上述表征证实10NCN/CZS复合材料的成功制备，NCN和CZS两者之间紧密结合更加有利于光生电子的快速传输。 同时超薄纳米片层状的NCN提供了更多的活性位点，以及NCN中的氮掺杂石墨碳优异的导电性，进一步促进了光生电子的快速转移，从而使NCN/CZS复合材料拥有优异的光催化产氢活性。 本章的巧妙设计为以后开发高活性的光催化材料提高一定的思路和指导。
