碳材料-氮化碳PPT
碳材料氮化碳课件
目录
• 氮化碳概述 • 氮化碳的合成方法 • 氮化碳的结构与性质 • 氮化碳的制备实例 • 氮化碳的改性方法 • 氮化碳的未来发展前景
01
氮化碳概述
定义与特性
定义
氮化碳是一种由碳和氮元素组成 的化合物，通常表示为 $C_{n}N_{m}$，其结构类似于石 墨，具有二维平面结构。
生物成像
氮化碳材料具有优良的光学性能和生物相容性，可用于生物成像 领域，提高成像效果和分辨率。
药物载体
氮化碳材料具有较高的药物负载能力和生物相容性，可用于药物载 体领域，实现药物的靶向传输和控释。
生物传感器
氮化碳材料具有优良的电学性能和生物相容性，可用于生物传感器 领域，提高传感器的灵敏度和稳定性。
05氮化碳的改性方法 Nhomakorabea素掺杂元素掺杂是一种常用的氮化碳改性方 法，通过在氮化碳中掺入其他元素来 改变其电子结构和物理性质。常见的 掺杂元素包括硼、氮、磷等。
元素掺杂可以改善氮化碳的导电性能 、光学性能和稳定性，提高其在光电 器件、传感器和催化等领域的应用效 果。
表面修饰
01
表面修饰是通过化学或物理方法 对氮化碳表面进行改性，以改善 其表面性质和界面性能。
总结词
以石墨为原料制备氮化碳是一种常用的方法，具有操作简便、成本低廉等优点。
详细描述
首先将石墨粉末与无水氯化钙混合，然后在高温下进行热处理，使石墨与氯化钙 发生反应。接着将生成的氮气通入反应体系中，与石墨反应生成氮化碳。最后将 产物进行洗涤、干燥即可得到氮化碳。
以三氧化二铝和氮气为原料制备氮化碳
总结词
氮化碳的应用研究逐渐增 多，涉及到光电器件、场 效应晶体管等领域。
氮化碳的应用领域
pdf4-2009检索氮化碳
pdf4-2009检索氮化碳
PDF4-2009检索氮化碳
氮化碳是一种具有高硬度、高热导率、高化学稳定性和高电子饱和迁移率等优异性能的宽禁带半导体材料。
在PDF4-2009中，氮化碳被广泛用于制造高温、高压、高频和宽带器件，如光电器件、微波器件和集成电路等。
氮化碳在PDF4-2009中的检索主要包括以下几个方面：
氮化碳的晶体结构和性质：氮化碳的晶体结构为六方晶系，具有高硬度、高热导率和良好的化学稳定性。
在PDF4-2009中，可以检索到氮化碳的晶体结构、热力学性质、弹性常数和力学性质等信息。
氮化碳的合成方法：氮化碳可以通过多种方法合成，如高温高压合成、化学气相沉积、激光脉冲合成等。
在PDF4-2009中，可以检索到各种合成方法的原理、实验条件和制备过程等信息。
氮化碳的应用领域：氮化碳在多个领域都有广泛的应用，如光电器件、微波器件、集成电路和高温材料等。
在PDF4-2009中，可以检索到氮化碳在这些领域的应用情况、性能优势和潜在应用等信息。
氮化碳的物理和化学性质：氮化碳具有高硬度、高热导率、高化学稳定性和高电子
饱和迁移率等优异性能。
在PDF4-2009中，可以检索到氮化碳的物理和化学性质、光谱特征和反应活性等信息。
总之，PDF4-2009为氮化碳的检索提供了全面的信息，有助于深入了解氮化碳的性质和应用。
氮化碳催化材料合成及应用
氮化碳催化材料合成及应用氮化碳（nitrogenated carbon）是一种由碳和氮元素组成的材料，具有许多独特的物理和化学性质。
氮化碳材料可以通过不同的合成方法制备，如高温焙烧法、化学气相沉积（CVD）、溶胶凝胶法等。
这些合成方法可以控制氮化碳的形貌、结构和氮含量，从而调节其物性和催化性能。
氮化碳催化材料在能源转化和环境保护领域具有广泛的应用。
以下是氮化碳催化材料的一些合成方法及其应用：1. 高温焙烧法：通过在高温下进行焙烧，将含氮有机前驱体转变为氮化碳材料。
这种方法可以获得高比表面积和孔隙结构的氮化碳，常用于光催化、电催化和储能材料的制备。
2. 化学气相沉积（CVD）：在惰性气氛中，将含氮有机前驱体分解并沉积在基底上，形成氮化碳薄膜或纳米粒子。
这种方法可以制备具有可调控结构、形貌和尺寸的氮化碳材料，广泛应用于光电器件、储能器件和催化剂等领域。
3. 溶胶凝胶法：将含氮有机物与溶剂混合，形成溶胶溶液，经过凝胶化和热处理，形成氮化碳材料。
这种方法可以制备高比表面积、孔隙结构可调的氮化碳材料，可用于催化剂的合成和环境污染物的去除等。
氮化碳催化材料在许多应用中展现出卓越的性能和潜力：1. 光催化应用：氮化碳材料具有良好的光吸收性能，并且能够可见光下激发电子转移反应，因此被广泛用于光催化分解水、CO2还原和有机物污染物降解等领域。
2. 电催化应用：氮化碳具有良好的电子传导性和催化活性，可用于电池、燃料电池和电解水制氢等能源转化领域。
近年来，氮化碳基催化材料在氧还原反应、氮还原反应和二氧化碳还原反应等方面的应用受到了广泛关注。
3. 储能应用：氮化碳材料具有多孔结构和高比表面积，可用作超级电容器、锂离子电池和钠离子电池的电极材料，具有优异的储能性能。
总之，氮化碳催化材料的合成和应用具有广阔的前景。
通过选择合适的合成方法和调控材料的结构和性能，可以开发出更高效、可持续和环保的能源转化和环境保护技术。
随着对氮化碳材料的深入研究，相信其在能源和环境领域的应用将得到进一步的拓展和推广。
石墨相氮化碳光催化材料简介及性能
1. 引言
2008年
N C
王心晨
1. 引言
e-
Ef 2.7 eV
h+
优点：非金属半导体、原料丰富价格低、带隙合适、化学稳定且无毒 缺点：比表面积比较低、有限的可见光吸收、光生载流子易复合
2. g-C3N4的合成制备
主流方法：热聚合——简单、快捷、大批量 其他方法：CVD、溶剂热——复杂、耗时、产量低
3. g-C3N4材料改性
I. g-C3N4的剥离
石墨
石墨烯
Bulk g-C3N4
g-C3N4 nanosheet
0.9-2.1 nm 3-6 layers
3. g-C3N4材料改性
II. 元素掺杂
金 属 元 素：Fe、Cu、Zn、Ni等 非金属元素：O、P、S、B、I、F等
P
133.1 eV
CB
2. g-C3N4的合成制备
Templates: SiO2 AAO CaCO3
ionic liquids surfactants
hollow nanospheres
rous
nanorod
nanoflower
3. g-C3N4材料改性
目的： 增加比表面积
增加可见光吸收范围
抑制光生电子-空穴的简单复合
4. g-C3N4的应用领域
III. CO2还原
目标产物的选择性取决于g-C3N4的纳米结构设计以及能带位置的构建
5.展望
a) 开发可量产的剥离方法来制备单（几）层g-C3N4纳米片 b) 寻找有效的水分解及CO2还原助催化剂，尤其是非贵金属助催化剂 c) 提高光催化反应的量子产率 d) 将氮化碳的应用拓展到传感器、生物成像以及光电器件等领域
国家自然科学基金 氮化碳
国家自然科学基金氮化碳
国家自然科学基金是中国政府设立的用于支持基础研究和前沿科学探索的重要资金来源。
在自然科学领域，氮化碳是一个研究热点和前沿领域之一。
氮化碳（Nitrogen-doped carbon）是指将碳材料中掺入氮元素，形成氮碳复合材料的过程。
氮化碳具有许多独特的物理和化学性质，因此在各个领域都有广泛的应用潜力。
以下是氮化碳在不同领域的研究方向和应用：
1. 催化剂：氮化碳作为催化剂具有较高的催化活性和选择性，在电化学、光催化等领域具有广泛应用。
2. 电化学能源存储：氮化碳作为电极材料，可用于超级电容器、锂离子电池等电化学能源存储器件中。
3. 光催化：氮化碳在光催化领域有重要应用，可用于水分解产氢、有机污染物降解等环境治理和能源转化过程。
4. 光电器件：氮化碳材料具有较好的光电转换性能，可用于太阳能电池、光电探测器等器件中。
5. 传感器：氮化碳材料对于气体、湿度、温度等环境参数的敏感性较高，可用于传感器领域。
6. 二维材料：氮化碳材料可以制备成二维纳米片，具有独特的电子结构和物理性质，在纳米器件和纳米电子学领域有潜在应用。
国家自然科学基金支持氮化碳相关的研究项目，旨在推动氮化碳在能源、环境、光电等领域的应用和发展。
科研人员可以通过向国家
自然科学基金提交项目申请来获取资助支持，从而推进氮化碳的研究和应用。
氮源重结晶 氮化碳
氮源重结晶氮化碳
氮化碳是一种具有立方晶系结构的碳氮化合物，其化学式为C3N4。
它是一种硬度高、热稳定性好、化学稳定性高的材料，被广泛应用于金属加工、磨料、催化剂、电子器件等领域。
氮化碳的制备方法有很多种，包括化学气相沉积、热解、溶剂热法等。
其中，氮源重结晶法制备氮化碳具有工艺简单、成本低、纯度高等优点。
氮源重结晶法制备氮化碳的过程如下：
1. 将碳源和氮源按一定比例混合均匀，碳源通常为有
机化合物，如苯、吡啶、喹啉等，氮源通常为氨气、氮气等。
2. 将混合后的原料放入高温炉中，加热至1000-1400℃，并保持一定时间，使得碳源和氮源在高温下发生化学反应，生成氮化碳。
3. 生成的氮化碳会随着反应温度的降低而结晶，通常
使用液氮或液氩等低温介质进行冷却，以获得高纯度的氮化碳晶体。
4. 将氮化碳晶体进行研磨、筛选、清洗等后续处理，
以获得高纯度的氮化碳粉末。
氮源重结晶法制备氮化碳的过程中需要注意控制反应温度和反应时间，以避免副反应的发生，同时需要保证氮化碳晶体的纯度。
此外，氮化碳的晶形、粒度等性能可以通过调整反应条件、添加助剂等方式进行调控。
(精品)碳材料-氮化碳PPT
热聚合法制备g-C3N4 nanosheets（CNNS）
超分子自组装法制备氮化碳聚合物
信息来源：Jun Y S, Lee E Z, Wang X C, et al. Advanced Functional Materials [J], 2013, 23 （29）： 3661-3667
超分子自组装法制备氮化碳聚合物
超分子自组装合成方法在很大程度上受到溶剂种类、组装时间、超分子 表面能、焙烧温度和时间的影响。
信息来源：Shalom M, Inal S, Fettkenhauer C, et al. Journal of the American Chemical Society [J], 2013, 135 （19）： 7118-7121.
超分子自组装法制备氮化碳聚合物
a、三聚氰胺-三聚氰酸组装体的SEM图；b、三聚氰酸-三聚氰胺 组装体在550 ℃ 氮气气氛中焙烧12 h 后的SEM 照片
前驱体
550℃，4h 淡黄色 固体
加水 超声4h
离心，取上清液 60℃烘干
CNNS
前驱体：尿素、三聚氰胺、二聚氰胺及其组合等
五、g-C3N4 nanosheets的改性
2、4、6-三氨基密啶掺杂：将2、4、6-三氨基密啶与 前驱体混合，采用共聚合法制备CNNS
g-C3N4纳米片的氧化：将所制备的g-C3N4纳米片在 550℃空气环境下氧化。
合成研究
在理论的预言下，人们采用各种手段试图在实验室合成出这种新的低密度 高硬度的非极性共价键化合物，常用的制备方法有震荡波压缩、高压热解、离 子注入、反应溅射、等离子体化学气相沉积、电化学沉积、离子束沉积、低能 离子辐射、脉冲电弧放电和脉冲激光诱导等，但这种超硬材料的合成结果并不 理想，主要表现在沉积物多为非晶CN薄膜，少数实验得到纳米级尺寸的C3N4 晶粒镶嵌于非晶薄膜中，很少得到大颗粒的晶体。另外，目前又没有天然存在 的标样，而且由于氮化碳几种相态的能量相近，在制备的薄膜中很难得到单一 相的氮化碳化合物，使得对这种材料的准确表征存在很多困难，如对IR光谱吸 收峰位置的确切解释，X射线衍射(XRD)或透射电镜(TEM)结果与预言值之间的 较大差别，Raman光谱仅表现为石墨或无定形碳膜的特征光谱等，这些困难使 得目前的氮化碳的合成研究进展缓慢。但一些研究结果表明非晶CN薄膜也具 有很高的硬度、耐磨性、储氢性能以及优异的场发射性能，值得人们深入研究。
氮化碳的结构
氮化碳的结构
氮化碳（CN）是一种由碳和氮原子构成的化合物，具有多种结构形式。
常见的结构形式包括线性型和环型。
线性型氮化碳（linear C-N）由交替排列的碳和氮原子组成，其中碳原子与邻近的两个氮原子形成共价键。
这种结构类似于氰化物离子（C≡N）。
环型氮化碳（cyclic C-N）由由碳和氮原子构成的环状结构，其中每个碳原子与周围两个氮原子形成共价键。
这种结构类似于氰基自由基（·C≡N），即每个碳原子通过一个共轭的三重键与周围的氮原子连接形成环。
实际上，氮化碳可以存在多种不同的结构形式，具体取决于碳和氮原子的排列方式以及它们之间的键类型和键长。
这些结构可能会通过共价键、离子键或金属键进行连接，从而导致具有不同化学和物理性质的氮化碳材料的形成。
碳的几种单质PPT课件-人教版.ppt
•
17、一个人只要强烈地坚持不懈地追求，他就能达到目的。你在希望中享受到的乐趣，比将来实际享受的乐趣要大得多。
•
18、无论是对事还是对人，我们只需要做好自己的本分，不与过多人建立亲密的关系，也不要因为关系亲密便掏心掏肺，切莫交浅言深，应适可而止。
•
19、大家常说一句话，认真你就输了，可是不认真的话，这辈子你就废了，自己的人生都不认真面对的话，那谁要认真对待你。
•
28、伟人之所以伟大，是因为他与别人共处逆境时，别人失去了信心，他却下决心实现自己的目标。
•
29、人生就像一道漫长的阶梯，任何人也无法逆向而行，只能在急促而繁忙的进程中，偶尔转过头来，回望自己留下的蹒跚脚印。
•
30、时间，带不走真正的朋友；岁月，留不住虚幻的拥有。时光转换，体会到缘分善变；平淡无语，感受了人情冷暖。有心的人，不管你在与不在，都会惦念；无心的情，无论你好与不好，只是漠然。走过一段路，总能有一次领悟；经历一些事，才能看清一些人。
石 墨是最 软的矿 物之一
石墨的用途
铅笔芯 是石墨和粘 土粉末混合 而成的。
石墨具有优良 的导电性能，可以 用来做电极。
石墨耐高温，可 以制成坩埚来熔炼金 属。
无定形碳
通常称为无定 形碳的有木炭、焦 炭、活性炭、碳黑 等。
木炭是一种灰黑 色的多孔性固体，燃 烧时，产生的烟很少， 火焰很小
无定形碳的用途
无定性碳的主要用 途有取暖、写生、作吸 附剂、颜料等。
碳单质的不同结构
金刚石
石墨 碳60二.单质碳的化学性质一. Nhomakorabea的化学性质
常温下，碳的化学性质不活泼 ， 高温下，碳能与许多物质发生反应
金刚石和石墨是否具有 相同的化学性质？
氮化碳晶胞结构
氮化碳晶胞结构
氮化碳是一种重要的材料，它具有高硬度、高热导率和高化学稳定性等优异性能。
氮化碳的晶体结构是由碳原子和氮原子交替排列而成的。
氮化碳中的碳原子和氮原子都是sp2杂化的，它们形成了具有六个角的六元环以及五个角的五元环。
这些环通过共用边缘相互连接，构成了氮化碳的层状结构。
氮化碳的晶胞结构可以用六方晶系描述。
晶格常数为a=2.49，
c=4.1。
晶胞中有四个原子，其中两个为碳原子，另外两个为氮原子。
碳原子和氮原子依次排列，形成了一层六元环和一层五元环。
六元环和五元环之间通过共用边缘相互连接构成了氮化碳的层状结构。
氮化碳的晶胞结构对其性能有着重要的影响。
晶胞结构的稳定性决定了氮化碳的化学稳定性，晶胞中原子的排列方式影响了氮化碳的硬度和热导率等性能。
因此，对氮化碳的晶胞结构进行深入研究，对于探究氮化碳的性能和应用具有重要意义。
- 1 -。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
七、CNNS/CdS QDs复合材料的表征
a
b
热聚合法制备TEM图，CNNS（a、b)
片状二维结构
光催化机理图
超分子自组装法制备氮化碳聚合物
Thomas 等通过将等摩尔比的三聚氰胺和三聚氰酸溶解在二甲基亚砜溶剂中进 行自组装形成超分子再分离出来, 得到具有叠层堆垛的花球形貌超分子组装体, 进一步焙烧热聚合成氮化碳纳米材料
信息来源：Jun Y S, Lee E Z, Wang X C, et al. Advanced Functional Materials [J], 2013, 23 （29）： 3661-3667
超分子自组装法制备氮化碳聚合物
a、三聚氰胺-三聚氰酸组装体的SEM图；b、三聚氰酸-三聚氰胺 组装体在550 ℃ 氮气气氛中焙烧12 h 后的SEM 照片
信息来源：Shalom M, Inal S, Fettkenhauer C, et al. Journal of the American Chemical Society [J], 2013, 135 （19）： 7118-7121. 右图来源于自己拍摄
合成研究
在理论的预言下，人们采用各种手段试图在实验室合成出这种新的低密度 高硬度的非极性共价键化合物，常用的制备方法有震荡波压缩、高压热解、离 子注入、反应溅射、等离子体化学气相沉积、电化学沉积、离子束沉积、低能 离子辐射、脉冲电弧放电和脉冲激光诱导等，但这种超硬材料的合成结果并不 理想，主要表现在沉积物多为非晶CN薄膜，少数实验得到纳米级尺寸的C3N4 晶粒镶嵌于非晶薄膜中，很少得到大颗粒的晶体。另外，目前又没有天然存在 的标样，而且由于氮化碳几种相态的能量相近，在制备的薄膜中很难得到单一 相的氮化碳化合物，使得对这种材料的准确表征存在很多困难，如对IR光谱吸 收峰位置的确切解释，X射线衍射(XRD)或透射电镜(TEM)结果与预言值之间的 较大差别，Raman光谱仅表现为石墨或无定形碳膜的特征光谱等，这些困难使 得目前的氮化碳的合成研究进展缓慢。但一些研究结果表明非晶CN薄膜也具 有很高的硬度、耐磨性、储氢性能以及优异的场发射性能，值得人们深入研究。 因此我们将着重介绍研究较多的石墨相氮化碳
热聚合法制备g-C3N4 nanosheets（CNNS）Leabharlann 前驱体550℃，4h
淡黄色 固体
加水 超声4h
离心，取上清液
60℃烘干
CNNS
前驱体：尿素、三聚氰胺、二聚氰胺及其组合等
五、g-C3N4 nanosheets的改性
2、4、6-三氨基密啶掺杂：将2、4、6-三氨基密啶与 前驱体混合，采用共聚合法制备CNNS g-C3N4纳米片的氧化：将所制备的g-C3N4纳米片在 550℃空气环境下氧化。
超分子自组装法制备氮化碳聚合物
信息来源：Jun Y S, Lee E Z, Wang X C, et al. Advanced Functional Materials [J], 2013, 23 （29）： 3661-3667
超分子自组装法制备氮化碳聚合物
超分子自组装合成方法在很大程度上受到溶剂种类、组装时间、超分子 表面能、焙烧温度和时间的影响。 Shalom 等详细研究了溶剂和热聚合温度等因素对三聚氰胺-三聚氰酸超 分子和氮化碳的形貌织构的作用。
石墨相氮化碳（g-C3N4）的特点
不含金属，成本低廉
可见光吸收 比表面积大 禁带宽度适中 结构稳定
石墨相氮化碳（g-C3N4)
二维纳米片结构
优越的光催化剂
光催化的介绍
光催化技术作为一种高效、安全的环境友好 型环境净化技术，对室内空气质量的改善已 得到国际学术界的认可。 1967年藤岛昭教授在一次试验中发现光催化 反应，光催化技术是一种在能源和环境领域 有着重要应用前景的绿色技术，在光的照射 下可将有机污物彻底降解为二氧化碳与水， 同时光催化材料自身无损耗，被环保界认为 是21世纪环境净化领域的革命性突破，被誉 为"当今世界最理想的环境净化技术"。 优点:操作简单、能耗低、无二次污染、效率 高等
背景及简介
1993年7月，美国哈佛大学传出轰动性的科技新闻:利用激光溅射技术研制 成功氮化碳薄膜。分析表明，新材料具有β-C3N4结构，而具有这种结构的 晶体硬度将超过目前世界上最硬的金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材 料。 制备氮化碳的实验是在1989年首先从理论上预言4年之后获得成功的。在分 析一系列超硬材料结构，如最硬的材料金刚石，体积弹性模量B高达 435GPa(吉帕)，立方氮化硼B=369GPa，以及硬度相对较低的碳化硅(SiC)、 碳化硼(B4C)和氮化硅(Si3N4)等超硬材料后，发现其中β-Si3N4已经有大量 的研究结果，于是提出以C取代Si会产生怎样的结果?计算表明，得到的数 据令人振奋，β-C3N4晶体的体积弹性模量B=483GPa!而材料的体积弹性 模量B的大小正是表征材料硬度高低的宏观物理量。这就从理论上首次预言 了氮化碳的硬度可能比以往世界上最硬的金刚石还要高。
当采用水和氯仿作为溶剂时, 分别得到的是棒状形貌和针状结构，而当采 用乙醇作为溶剂时, 得到的是规则的薄饼状三聚氰胺-三聚氰酸超分子。 在焙烧后, 原先的薄饼状形貌转变成了空心形貌。延长焙烧时间能够使空 心纳米结构生长得更均匀完整。
信息来源：Shalom M, Inal S, Fettkenhauer C, et al. Journal of the American Chemical Society [J], 2013, 135 （19）： 7118-7121.
氮化碳（C3N4）
3 1 2 3
背景及简介 石墨相氮化碳 文献研究
背景及简介
1989年 A.Y. Liu和M.L. Cohen根据β-Si3N4的晶体结构， 用C替换Si，在局域态密度近似下采用第一性赝势能带法从理 论上预言了β-C3N4(即氮化碳)这种硬度可以和金刚石相媲美而 在自然界中尚未发现的新的共价化合物。 1996年，Teter和Hemley通过计算认为C3N4可能具有5种 结构，即α 相，β 相，立方相、准立方相以及类石墨相。除了类 石墨相外，其他4种结构物质的硬度都可以与金刚石相比拟。