氮化碳在光催化中的应用

杨 洋，戚克振，高 明

（沈阳师范大学物理科学与技术学院 辽宁 沈阳 110034）

【摘要】伴随社会的快速发展所带来的最严峻的两大难题就是各种能源的大量消耗以及环境日益恶化，光催化技术是解决这些问题最重要的方法之一。石墨氮化碳(g-C3N4)材料是近期发现的新兴的半导体材料之一，其作为新一代无金属光催化剂，拥有适当的能带结构，可以在可见光下光解水制H2以及降解有机污染物。但是在实际应用中有很大的局限性，因其光生电子-空穴对极易快速复合和比表面积较低等问题，导致其光催化活性较低。本文主要是通过不同石墨相氮化碳实际中的应用，如光解水制H2、降解有机污染物、催化NO分解、还原CO2，讨论了石墨相氮化碳不同的研究进展。【关键词】光催化；g-C3N4；光解水制氢；还原CO2【中图分类号】O3 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2020）01-0028-021󰀁󰀁引言

随着社会的发展与进步，能源大量消耗和环境日益变差已成为了危害人类健康生活的两大难题。阻止环境恶化和开发可再生的清洁能源对人民生活以及社会发展具有重大意义。1972年Fujishima课题组发现在紫外光照射下，TiO2可以分解水制H2，从此开启了半导体光催化领域的新纪元[1]。此后，科研工作者们对于它极其的化学稳定性和低廉的价格给予了极大的关注[2]。尽管TiO2等在光催化领域有一些成就，但因其只能吸收紫外光，而无法利用可见光[3]。金属及非金属参杂、贵重金属沉积、染料敏化、形成异质结,以及开发新型光催化等都是用来修饰TiO2以提高光催化性能的方法，但仍达不到人们的预期成果。最近报道的石墨氮化碳(g-C3N4)材料成为了热点光催化材料。与TiO2相比，g-C3N4具有合适的带宽（2.7eV），能吸收可见光、制备简单、物理化学性质稳定等特点。g-C3N4已经在光解水制H2、还原CO2、催化NO分解、降解有机污染物中的催化剂等方面表现出了极大潜力。2󰀁󰀁光解水制氢

在可见光的作用下，通过水解反应是生产氢能的一个最佳途径。g-C3N4由于其合适的带隙宽度（2.7eV），相应的光谱波长（460nm），独特的结构以及电子特性，使其具备异相光催化剂的所有先决条件。通常只需带隙宽度满足Eg＞1.23eV就可以达到水解反应的条件。更重要的是，g-C3N4的HOMO上的光生空穴能充分将水氧化成氧气。LUMO上的光生电子也能够将水还原成H2。但是纯相g-C3N4并不能高效的进行产氢反应，而是需要对g-C3N4进行改性研究。3󰀁󰀁降解有机污染物

g-C3N4在光照条件下能将有机污染物分解成CO2、H2O较高的要求将其安装在恒温实验室。

（6）纳氏试剂分光光度法适用范围少（生活饮用水和水源水），而气相分子吸收光谱法适用范围较宽广（地表水、地下水、海水、饮用水、生活污水及工业污水）。

和其它无害的化合物。例如，使用g-C3N4能够降解甲基橙（MO）和罗丹明B（RhB）。g-C3N4因其光生电子的还原能力可光降解MO，而光降解RhB则取决于光生空穴的氧化作用。在之后的研究中发现B掺杂g-C3N4材料后，其染料吸附能力和对于可见光吸收能力有显著的提高，发现其特征后，又在此基础上成功合成了C3N4/TaON复合材料，它也能够还原RhB达到降解RhB的目的。4󰀁󰀁催化NOx分解

Pt和Pd都是可以还原NOx的高效催化剂，但是由于Pt和Pd这类贵金属的造价成本太高而无法大量的进行投入使用，因此人们认为寄希望于新兴的材料g-C3N4，期望它可以成为低廉且绿色的光催化剂。因为g-C3N4本身就可以分解NO，只是分解的效率较低。而在引入Zn或者Au等金属离子后，NO的分解效率会得到大幅度的提升。相信随着科技的进步与科研工作者的研究不断深入，可以实现更高效的NO分解技术，达到绿色环保的终极目标。5󰀁󰀁还原CO2

现今社会中，汽车的大量使用产生的尾气和人类生活中取暖做饭使用的木材煤炭等，都会产生许多的CO2、CO、NOx等，其中以CO2为主，而CO2则是引起全球气候变暖的罪魁祸首。因此如何处理这一问题，是当前科研工作者的研究目的。近期，研究表明光催化技术可高效还原CO2为CH4、CH3OH、HCHO和HCOOH等。同时该技术因其反应条件温和、产物无污染等一系列优势，在减少CO2等温室气体方面有着很大的实际应用价值。6󰀁󰀁结语

光催化技术迅速发展于诸多领域之中，例如水解产氢、水处理、空气净化、自洗式涂料的开发以及高效太阳能电池的研发等。目前为止，科研工作者们已经成功合成【参考文献】

[1] 国家环保局总局．水质、氨氮的测定、气相分子吸收光谱法（HJ/T 195-2005），2005年11月.

[2] 中华人民共和国卫生部、中国国家标准化管理委员会.生活饮用水卫生标准、生活饮用水标准检验方法、无机非金属指标 氨氮、纳氏试剂分光光度法（GB/T5750.5-2006），2006年12月.

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信息记录材料 2020年1月 第21卷第1期 材料：生产与工艺金属材料热处理工艺与技术分析

林志祥

（上饶中材机械有限公司 江西 上饶 334100）

【摘要】本文主要简单介绍了金属材料的分类，阐述了金属材料的主要性能，通过对金属材料性能与热处理之间的关系进行分析，来探讨金属材料热处理工艺技术的应用，进一步展望金属材料热处理工艺与技术的发展，以充分应用金属材料热处理工艺，发挥其作用，改变金属材料的性能，使其更符合金属制品的质量要求，提高金属材料热处理工艺水平。【关键词】金属材料；热处理工艺；技术；有效应用【中图分类号】TG156 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2020）01-0029-021󰀁󰀁金属材料的分类

金属材料在我国生产活动和日常生活中十分常见，其用处很多，被应用于诸多领域，具有重要作用。金属材料具有较好的硬度和刚度、能够导电和导热，而且有着良好的塑性和韧性，无论是工业生产，还是生活应用，都离不开金属材料的作用。就目前而言，可以将金属材料分为两种类型：一是多孔金属材料。这种金属材料所占比重并不大，具有较高的强度，有着良好的通透性，是一种孔隙结构，具备传热性质。常被应用于安全垫、金属过滤器中；二是纳米金属材料，这种金属材料近年来被人们广泛应用于各大领域中，充分利用了纳米技术。通过与纳米技术融合，来改变金属的物理和化学性质，使其性能得到提升，从而能有效应用于更多的行业中。当下比较常见的纳米金属材料是奈米非晶体复合材料，其有着非常高的强度，而且相比于普通金属材料来说，其具有更强的抗疲劳性。根据实际需求，可以来对金属材料的性能进行有效体征，以使其满足工程建筑的应用需求。2󰀁󰀁金属材料的主要性能

金属材料最为主要的性能有三种：第一种是耐久性。耐久性也可以说是金属的抗腐蚀性，指的是金属材料在应用过程中，所能承受的腐蚀程度。一般来说，当金属材料受到的腐蚀程度越小时，其耐久性越高，越能凸显出金属材料的耐久性；第二种是硬度，指的是金属材料的抗击能力。当金属材料具有较强的硬度时，其便能承受住更大的击打力度，硬度也就更明显，能够被应用于更多领域；第三种

是疲劳性。疲劳性指的是金属材料在长时间受到应力作用后，容易出现断裂等问题，这一性能是金属材料的明显特征。3󰀁󰀁金属材料性能与热处理之间的关系

3.1 耐久性和应力

当金属材料长时间被外力作用，或是出于腐蚀环境下，其很容以被腐蚀出现开裂，为避免这一现象的出现，则应当有效控制热处理应力，充分了解应力和金属耐久性之间的关系，只有明确其内在联系，在实施热处理的时候，才能控制好分寸，以防止对金属材料的内部结构造成严重破坏，根据应力大小来调整金属材料的耐久性，避免剩余应力对金属材料产生较大损害。

3.2 材料切割和预热

在切割金属材料的时候，需要考虑到金属材料的相关性，应基于此来选择合适的切割工具，以免破坏金属材料性能和质量。在进行切割的时候，应当注意现场环境各因素的影响，要防止不良因素对金属材料表面的光泽度造成影响，或是导致金属材料变形。在实施热处理的时候，应当根据实际情况来进行有效的预热工作，以确保之后的切割工作能够顺利开展，保障金属材料切割质量。经过热处理后的金属材料在被切割的时候，不会与刀具粘连，能有效提升切割效率，使切割工作更加精确，有利于强化金属部件的性能。

4󰀁󰀁金属材料热处理工艺技术的应用

4.1 金属材料热处理工艺之CAD技术

金属材料热处理工艺中的CAD技术，尤其独特的优势，

了多种半导体光催化剂，例如，氧化物型、硫化物型、氢氧化物型半导体等。g-C3N4的带隙宽度为2.7eV，光响应区域较大，对太阳光的利用率更高，适用范围也更广泛。g-C3N4还有许多的其它优点，比如优良的热稳定性，经济的材料来源，稳定的化学性质，简单的制备方案等。本文通过对g-C3N4被应用于光催化水解制氢，有机官能团的选择性转换，氧还原的催化等的论述，阐释了其在光催化降解有机物领域有着重大的研究价值。【参考文献】

[1] Fujishima A,Honda K.Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode[J].Nature,1972, 238(5358):37-38.

[2] Hoffmann M R,Martin S T,Choi W Y,Bahnemann D W.Environmental applications of semiconductor photocatalysis[J].Chem.Rev.,1995,95(1):69-96.

[3] Bhatkhande D S,Pangarkar V G,Beenackers A ACM. Photocatalytic degradation for environmental applications - a review[J].J.Chem.Technol.Biot.,2002,77(1):102-116.基金项目：兴辽英才计划“青年拔尖人才”，编号：500-41801202；沈阳市高层次创新人才支持计划，编号：RC180211。作者简介：杨洋（1995.01-），女，汉族，辽宁盘锦，硕士研究生，研究方向：光催化；戚克振（1983.11-），男，汉族，辽宁盘锦，博士，副教授，研究方向：材料化学；高明（19.08-），男，汉族，辽宁沈阳，博士，教授，研究方向：磁性材料。

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