Grafitik karbon nitrür - Graphitic carbon nitride

Her biri 100 mg olan toplu gC ₃ N ₄ (solda) ve nanotabaka gC ₃ N ₄ tozlarının karşılaştırılması.

Grafitli karbon nitrit (gC ₃ K ₄ ) ailesidir karbon nitrit C'ye yakın bir genel formüle sahip bileşiklerin ₃ , N ₄ göre ve iki büyük alt yapı (hidrojen sıfır olmayan miktarda, tipik olarak da olsa) heptazin ve poli (triazin imid) Reaksiyon koşullarına bağlı olarak farklı derecelerde yoğuşma , özellik ve reaktivite sergileyen birimler .

Hazırlık

Grafitli karbon nitrit ile yapılabilir polimerizasyon bölgesinin siyanamid , disiyandiamit veya melamin . İlk önce oluşturulduğu polimerik Cı ₃ , N ₄ yapısı, kavun kolye, amino gruplarına , oldukça düzenli bir olan bir polimer . Daha yoğun ve daha az ölü C reaksiyon, uçları ₃ , N ₄ göre türleri, tri-s-triazin (Cı- ₆ N ₇ ) temel yapı taşları olarak birim.

Grafitik karbon nitrür , oda sıcaklığında doymuş bir siyanürik triklorür ve melamin (oran =1: 1.5) aseton çözeltisinden Si (100) substrat üzerinde elektrodepozisyon yoluyla da hazırlanabilir .

İyi kristalize grafit karbon nitrit nanocrystallites da arasındaki benzen-termal reaksiyon ile hazırladık edilebilir Cı- ₃ , N ₃ Cl ₃ ve NaNH ₂ 180-220 ° C de 8-12 saat süreyle karıştırıldı.

Son zamanlarda, alümina varlığında melamin ve ürik asit karışımının 400-600 °C'de ısıtılmasıyla grafit karbon nitrürlerin sentezlenmesi için yeni bir yöntem bildirilmiştir. Alümina, açıkta kalan yüzey üzerinde grafit karbon nitrür katmanlarının birikmesini destekledi. Bu yöntem, yerinde kimyasal buhar biriktirme (CVD) ile asimile edilebilir .

karakterizasyon

Kristal gC ₃ N _4'ün karakterizasyonu , ürünlerde bulunan triazin halkasının X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ölçümleri, fotolüminesans spektrumları ve Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) spektrumu (800 cm- ^1'de tepe noktaları , 1310 cm- ¹ ve 1610 cm- ¹ ).

Özellikler

Karbon nitrürlerin özel yarı iletken özelliklerinden dolayı , benzen aktivasyonu , trimerizasyon reaksiyonları ve ayrıca karbon dioksitin aktivasyonu ( yapay fotosentez ) gibi çeşitli reaksiyonlar için beklenmedik katalitik aktivite gösterirler .

kullanır

Nicanite markası altında ticari bir grafit karbon nitrür mevcuttur. Mikron boyutlu grafit formunda tribolojik kaplamalar, biyouyumlu tıbbi kaplamalar, kimyasal olarak inert kaplamalar, yalıtkanlar ve enerji depolama çözümleri için kullanılabilir. Grafitik karbon nitrür, en iyi hidrojen depolama malzemelerinden biri olarak bildirilmektedir. Katalitik nanopartiküller için bir destek olarak da kullanılabilir .

İlgi alanları

Özellikleri nedeniyle (öncelikle büyük, ayarlanabilir bant boşlukları ve tuzların verimli bir şekilde aralanması) grafit karbon nitrürler, çeşitli uygulamalar için araştırılmaktadır:

Fotokatalistler
- Suyun H ₂ ve O _2'ye Ayrışması
- kirleticilerin bozulması
Geniş bant aralığı yarı iletken
Heterojen katalizör ve destek
- Yüzey ve katman içi reaktiviteleri ile birleşen karbon nitrürlerin önemli esnekliği, onları kararsız protonlarına ve Lewis baz işlevselliklerine dayanan potansiyel olarak yararlı katalizörler haline getirir. Doping, protonasyon ve moleküler işlevselleştirme gibi modifikasyonlar, seçiciliği ve performansı geliştirmek için kullanılabilir.
- gCN'de desteklenen nanoparçacık katalizörleri, hem proton değişim membranlı yakıt hücreleri hem de su elektrolizörleri için geliştirilmektedir .
- Hafif bant aralığı (2,7 eV), görünür ışığın absorpsiyonu ve esneklik gibi bazı avantajlara sahip olan grafit karbon nitrür, görünür ışık kullanımının düşük verimliliği, fotoğrafla oluşturulan yük taşıyıcılarının yüksek rekombinasyon oranı nedeniyle pratik uygulamalar için hala sınırlamaları vardır. , düşük elektriksel iletkenlik ve küçük spesifik yüzey alanı (<10 m2g−1). Bu eksiklikleri gidermek için en çekici yaklaşımlardan biri, grafit karbon nitrürün karbon nanotüpler gibi karbon nanomalzemelerle dopingidir. İlk olarak, karbon nanotüpler geniş bir spesifik yüzey alanına sahiptir, bu nedenle yük taşıyıcılarını ayırmak için daha fazla alan sağlayabilirler, daha sonra yük taşıyıcıların rekombinasyon hızını düşürürler ve indirgeme reaksiyonunun aktivitesini daha da arttırırlar. İkincisi, karbon nanotüpler yüksek elektron iletme kabiliyeti gösterirler, bu da görünür ışık tepkisi, verimli yük taşıyıcı ayrımı ve transferi ile grafitik karbon nitrürü iyileştirebilecekleri ve böylece elektronik özelliklerini iyileştirebilecekleri anlamına gelir. Üçüncüsü, karbon nanotüpler, yarı iletken fotokatalitik malzemenin ışık absorpsiyon aralığını genişletebilen ve böylece görünür ışık kullanımını artıran bir ışığa duyarlılaştırıcı olarak da bilinen bir tür dar bantlı yarı iletken malzeme olarak kabul edilebilir.
Enerji Depolama malzemeleri
- Katmanlar arasındaki interkalasyona ek olarak katman içi boşluklar nedeniyle grafitten daha fazla yerde Li'nin araya girmesi nedeniyle, gCN büyük miktarda Li depolayabilir ve bu da onları şarj edilebilir piller için potansiyel olarak yararlı hale getirir .