氮气流速驱动的g-C3N4纳米片绿色合成及其高效光催化性能研究

《Materials Today Communications》：Flow-Driven Engineering of g-C 3N 4 nanosheet for Additive-Free, One-Step, and Sustainable Synthesis of High-Efficiency Photocatalysts

本研究首次系统揭示了氮气流速作为关键热力学参数对g-C3N4光催化剂形貌调控的核心作用。通过简单调节聚合过程的氮气流速（2.5-80 mL/min），成功实现比表面积从4.8到71.6 m2/g的突破性提升，并使罗丹明B降解效率从41.9%跃升至99.5%。该无添加剂、一步法合成策略为绿色制造高性能光催化剂提供了新范式。

　　

结果

X射线衍射（XRD）图谱显示所有样品在27°和13°处均出现特征衍射峰，分别对应g-C₃N₄的（002）和（100）晶面。其中（002）峰反映七嗪单元的层间堆叠，而（100）峰与面内结构排列相关。

讨论

气体流速对g-C₃N₄形成过程的影响可通过气相物种的动态作用阐释。流速变化会显著改变三聚氰胺热聚合过程中的质量与热量传输。研究表明，较低流速可促进挥发性副产物（如氨气）的局域富集，这种自生蚀刻效应有效抑制层间过度堆叠，从而形成多孔疏松的纳米片结构。这种独特的形态不仅增大了比表面积，更通过缩短载流子迁移路径显著提升了电荷分离效率。

结论

本研究首次阐明氮气流速作为关键工艺参数对g-C₃N₄光催化剂的决定性作用。通过将流速从80 mL/min降至2.5 mL/min，材料比表面积提升近15倍，光催化降解效率实现倍增。该发现为绿色可持续合成高性能光催化剂提供了新思路。