改性石墨相氮化碳的制备及其可见光催化性能的研究(4)
但在实际的光催化反应过程中，石墨相氮化碳表现出一些潜在的弊端。因其禁带宽度为2.7eV，只能吸收低于460nm波长的光，太阳光利用率不高；光生载流子极易复合，降低催化剂的光催化活性；g-C3N4分子中稳定的C-N二文大π键，具有很强的非极性，这一特征并不利于氧物种的吸附，会影响污染物吸附在半导体表面的数量，从而间接影响光催化反应的效率。为了拓展g-C3N4的应用，如同对TiO2改性以提高其在可见光催化领域的应用[26]，可对g-C3N4进行改性，主要从降低带隙能，增大最大光吸收边，降低g-C3N4的光生电子和空穴的复合几率这三个方面入手，从而达到提高g-C3N4的光催化性能的目的。常见的改性方法有掺杂改性（非金属掺杂、金属掺杂），贵金属沉积，片层剥离，以及研制新型复合材料（半导体复合、燃料敏化）[27-30]。
1.3 石墨相氮化碳纳米片层
石墨相氮化碳属于层状材料，具有层状材料共有的特点，即体相g-C3N4为三文晶体堆叠结构，具有范德华力相互作用，层与层之间存在很强的共价键[31]。g-C3N4纳米片则属于2D层状材料，因其特殊性质在太阳能转换、光合作用、电催化、生物成像应用，以及光催化等方面的潜在应用，已经引起了很多科学家的研究兴趣。
1.3.1 石墨相氮化碳纳米片层的特点
犹如将石墨剥离成石墨烯一样[32]，将宏观三文g-C3N4减小至微观二文结构时，这就使得g-C3N4在光催化反应体系中粒径减小，单位体积内粒子数增多，相应的单位体系中比表面积越大，有效得提高了反应物与催化剂的接触面积，有利于光催化氧化反应的进行，反应速率和效率也会得到提高[33]。
g-C3N4纳米片属于纳米半导体，纳米半导体离子的量子尺寸效应使其禁带宽度明显变窄，从而使电子/空穴具有更强的氧化-还原电位，能够扩大可降解污染物的种类，拓宽光催化应用的范围。
当g-C3N4纳米片的粒径小于光生电子/空穴复合时移动的距离时，这会减少光生电子/空穴的复合几率，即具有更高的载流子分离效率，这同样有利于提高g-C3N4纳米片的光催化活性。由此可见，相对于体相石墨相氮化碳，石墨相氮化碳纳米片具有更高的光催化活性，在光催化应用中具有相当广阔的研发前景。
1.3.2 石墨相纳米片层的常用制备方法
在体相石墨相氮化碳的基础上，制备g-C3N4纳米片的常用方法有溶剂剥离、高温刻蚀、化学剥离三种方法。下面详细的介绍三种方法的操作步骤及反应机理。
1.3.2.1 溶剂剥离
溶剂剥离是以溶剂为分散介质，体相石墨相氮化碳为原料，对混合溶液进行超声分散。超声处理结束后，对混合液进行离心分离去除分散介质后，从而制得g-C3N4纳米片层。常用的分散介质溶剂有：异丙醇（IPA），N-甲基吡咯烷酮（NMP），水，乙醇，丙酮等。剥离机理是：在超声条件下，通过溶剂分子的相互作用，破坏体相石墨相氮化碳层与层之间的范德华结合表面能，从而成功剥离得到层状石墨相氮化碳。
1.3.2.2 化学分离
化学剥离是利用强酸溶液与体相石墨相氮化碳溶液混合，将强酸分子插入体相石墨氮化碳夹层中，达到分离体相石墨相氮化碳的目的，从而制得单层石墨相氮化碳薄片。
1.3.2.3 高温刻蚀
高温刻蚀则是将制备的体相石墨相氮化碳在一定温度下高温焙烧，得到白色纳米片样品。这种方法是基于在高温条件下，层状聚合物之间氢键不稳定，石墨相氮化碳会开始分解，能够在空气中形成所需要的纳米片层，这种方法操作简易且成本低，适用于大规模生产。
1.3.3 石墨相氮化碳纳米片层的研究进展