ГРАФИТОПОДОБНЫЙ НИТРИД УГЛЕРОДА В КАЧЕСТВЕ ФОТОКАТАЛИЗАТОРА

А.В. Журенок, Е.А. Козлова 

Федеральное государственное бюджетное отделение науки «Федеральный исследовательский центр 

«Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук»,   

Россия, г.Новосибирск, пр. Лаврентьева, 5, 630090 

E-mail: 

Ежегодный рост потребления энергии и истощение запасов используемого топлива привлекают 

получения  водорода  является  фотокатализ  [1].  Графитоподобный  нитрид  углерода  (g-C

3

N

4

одним  из  самых  интересных  материалов  для  фотокаталитического  разложения  воды,  так  как  обладает 

шириной  запрещенной  зоны  2,7  эВ,  позволяющей  ему  работать  в  видимом  диапазоне  излучения.  

Положение  зоны  проводимости, равное  -1,1 эВ, является одним  из  самых отрицательных значений для 

всех  известных  полупроводниковых фотокатализаторов и способствует  процессу восстановления воды. 

Также  g-C

3

N

4

модификацию его поверхности без изменения состава и структуры. В рамках данной работы было изучено  

влияние условий приготовления фотокатализатора: тип предшественника, режим термической обработки 

и  количество  нанесенной  платины  на  скорость  фотокаталитического  выделения  водорода  из  водно-

щелочных растворов триэтаноламина. 

Нитрид  углерода  получали  термическим  разложением  предшественников:  меламина  и 

дициандиамида.  Температура  прокаливания  варьировалась  от  450  до  600  °С,  а  время  прокаливания 

составляло  2  или  4  часа.  Для  получения  более  активных  образцов  на  поверхность  наносили  платину 

методом  пропитки  раствора  H

2

PtCl

  с  последующим  2,5-кратным  восстановлением  избытком  NaBH

4

. 

Фотокаталитические  эксперименты  по  получению  водорода  проводились  в  водно-щелочном  растворе 

видимым светом с помощью светодиода (λ = 450 нм).  

Синтезированные  образцы  были  исследованы  методами  РФА,  СДО  и  низкотемпературной 

адсорбции N

2

. РФА подтверждает, что и из меламина, и из дициандиамида был получен g-C

N

4

поверхности  фотокатализаторов  значительно  увеличивается  с  увеличением  температуры  прокаливания. 

Образцы,  синтезированные  при  температурах  от  450  до  500  °C,  имеют  очень  низкую  удельную 

поверхность — до 10 м

2

 г

-1

13-28  м

  г

.  Образцы,  синтезированные  из  меламина,  обладают  большей  площадью  поверхности,  чем 

образцы, полученные из дициандиамида. СДО образцов показали, что ширина запрещенной зоны немного 

уменьшается с увеличением температуры прокаливания.  

Увеличение температуры прокаливания предшественников привело к росту фотокаталитической 

активности  за счет повышения степени полноты реакции разложения меламина и дициандиамида. Стоит 

отметить,  что  корреляция  между  активностью  катализатора  и  удельной  площадью  поверхности 

нелинейная: так, катализатор, синтезированный из меламина при 600 °С в течение 2 ч и имеющий более 

низкую площадь поверхности — 19,5 м

2

 г

,

при 600 °С в течение 4 ч, но с большей площадью поверхности, равной 27,9 м

2

 г

-1

с  оптимальными  межплоскостными  расстояниями  и  размером  кристаллов  и  самым  низким  значением 

ширины  запрещенной  зоны—  2,87  эВ  у  образца,  синтезированного  в  течение  2  ч.  Так  как  платина  

позволяет  дополнительно  разделять  фотоиндуцированные  заряды,  то  ее  использовали  в  качестве 

сокатализатора.    Добавление  1  масс.  %  Pt  привело  к  более  высокой  каталитической  активности,  чем 

нанесение 3 масс, %, это, вероятно, связано с тем, что более высокая концентрация металла способствует 

рассеиванию падающего света и уменьшению поглощения света, а также с тем, что излишнее количество 

добавленных металлов в качестве сокатализатора может выступать центром рекомбинации. В результате 

оптимизации  методики  приготовления  катализатора  самую  высокую  каталитическую  активность  в 

реакции  получения  водорода  —  450  мкмоль  г

кат

-1

  ч

  (кажущаяся  квантовая  эффективность  1,1  %)  — 

показал образец 1 % Pt/g-C

3

N

, полученный из меламина при температуре прокаливания 600 °C в течение 

2 ч. 

Благодарности: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ 20-33-70086