晶相β—C3N4薄膜的制备

晶相β－Ｃ３Ｎ４薄膜的制备是近年来材料物理学的一个重要课题，采用微波增强等离子体化学气相沉积的方法，成功地制备了基本上均匀、连续、致密的β－Ｃ３Ｎ４晶体薄膜，晶粒的氮碳含量比正好为４：３，并且其（１００）面平行于Ｓｉ（１００）的表面。拉曼谱中在２５０ｃｍ＾－１和３０２ｃｍ＾－１处出现二个特征峰 。     

新型超硬材料β—C3N4的研究进展

βＣ３Ｎ４材料的研究是继非晶、准晶及Ｃ６０之后，凝聚态物理与材料科学领域中又一新的研究热点．βＣ３Ｎ４是一种新型假想材料，理论上预言它可能具有可与金刚石比拟甚至更大的体弹性模量和较为特殊的电学及光学性能．现在的研究工作主要集中在高含氮量的ＣＮｘ薄膜的制备上，已经获得了直径为微米量级的βＣ３Ｎ４的多晶颗粒和原子比Ｎ／Ｃ＞１的薄膜，且由衍射计算出的晶体结构参数与理论计算值基本相符，探索简便易行的合成βＣ３Ｎ４的方法和开发βＣ３Ｎ４的潜在应用将是今后此项研究的主要方向．     

β—C3C4的制备及若干问题探讨

采用热丝辅助反应溅射和等离子体增强热丝化学气相沉积（ＣＶＤ）的制备方法，获得了含有β－Ｃ３Ｎ４结晶相的ＣＮｘ薄膜，文章将重点介绍制备参数与ＣＮｘ薄膜结构的关系，并进一步讨论与β－Ｃ３Ｎ４结晶相择优菜关的主要问题     

β—C3N4研究的新进展

β－Ｃ３Ｎ４的研究是近年来凝聚态物理和材料科学研究的热门课题之一。我们利用偏压辅助热解化学气相沉积方法，首次获得１－３μｍ，横截面尺寸在３００－５００ｎｍ和β－Ｃ３Ｎ４六棱体，其晶格常数α＝６．２４Ａ和ｃ＝２．３６Ａ，Ｎ：Ｃ＝１．３０－１．４０。     

固体超强酸催化剂C3 N4-SO2-4的制备与表征

通过双氰胺的热解法制备了C3 N4,将C3 N4通过硫酸铵溶液浸渍制备了固体超强酸.通过红外光谱法、紫外吸收法、X射线衍射法、扫描透射电镜法对固体超强酸催化剂C3 N4-SO2-4进行了表征.固体超强酸C3 N4-SO2-4应用乙酸乙酯的酯化反应,结果表明固体超强酸催化活性强,酯化率较高.     

Si3N4的晶体化和ZrN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

研究了Si3N4层在ZrN/Si3N4纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜微结构与力学性能的影响.一系列不同Si3N4层厚度的ZrN/Si3N4纳米多层膜通过反应磁控溅射法制备.利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能.结果表明,由于受到ZrN调制层晶体结构的模板作用,溅射条件下以非晶态存在的Si3N4层在其厚度小于0.9 nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体,ZrN/Si3N4纳米多层膜形成共格外延生长的柱状晶,并相应地产生硬度升高的超硬效应.Si3N4随层厚的进一步增加又转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.     

Si3N4在h-AlN上的晶体化与AlN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列具有不同Si3N4层厚度的AlN/Si3N4纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能.研究了Si3N4层在AlN/Si3N4纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长结构与力学性能的影响.结果表明,在六方纤锌矿结构的晶体AlN调制层的模板作用下,通常溅射条件下以非晶态存在的Si3N4层在其厚度小于约1nm时被强制晶化为结构与AlN相同的赝形晶体,AlN/Si3N4纳米多层膜形成共格外延生长的结构,相应地,多层膜产生硬度升高的超硬效应.Si3N4随层厚的进一步增加又转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.分析认为,AlN/Si3N4纳米多层膜超硬效应的产生与多层膜共格外延生长所形成的拉压交变应力场导致的两调制层模量差的增大有关.     

高温高压条件下石墨的再结晶与金刚石单晶的生长

 用电子显微镜观察到了在高温高压条件下再结晶石墨的形状随温度变化而改变的规律。实验表明：从石墨向金刚石的转变，与石墨在催化剂——溶剂合金中的再结晶状态有关，类球形再结晶石墨是转变成金刚石小单元的基础。金刚石晶体的不同形态及其多样化的表面结构表明金刚石单晶的生长具有比较复杂的过程。研究了具有一定规则形状由类球形再结晶石墨晶粒组成的聚合体，这种聚合体将在适当温度压力下转变成金刚石颗粒。本研究给出了生长粗颗粒、晶形完整的金刚石单晶的原则办法。     

AIN/Si3N4 纳米多层膜的外延生长与力学性能

采用射频磁控溅射方法制备单层AlN,Si3N4薄膜和不同调制周期的AlN/S3N4纳米多层膜.采用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和纳米压痕仪对薄膜进行表征.结果发现,多层膜中Si3N4层的晶体结构和多层膜的硬度依赖于Si3N4层的厚度.当AlN层厚度为4.0 nm、Si3N4层厚度为0.4nm时,AlN和Si3N4层共格外延生长,多层膜形成穿过若干个调制周期的柱状晶结构,产生硬度升高的超硬效应.随着Si3N4层厚的增加,Si3N4层逐步形成非晶并阻断了多层膜的共格外延生长,多层膜的硬度迅速降低,超硬效应消失.采用材料热力学和弹性力学计算了Si3N4层由晶态向非晶转变的临界厚度.探讨了AlN/Si3N4纳米多层膜出现超硬效应的机理.     

石墨相C_3N_4压致结构相变研究

将有机物三聚氰胺(C3N6H6)高温热解,得到了石墨相C3N4(g-C3N4)。利用同步辐射X射线衍射和金刚石对顶砧(DAC)高压技术,在室温下对g-C3N4进行了结构变化研究。实验结果表明,在16.57 GPa压力范围内,g-C3N4发生了压致结构相变,在6.6 GPa压力下,晶体结构由原来的石墨相转变为三斜相。使用Birch-Murnagha等温状态方程拟合出了样品的等温状态方程。     

氰基和氧改性的g-C3N4吸附氧气的第一性原理研究

采用第一性原理密度泛函理论模拟研究了氰基和氧改性的单层石墨相氮化碳（g-C3N4）结构模型、禁带宽度和态密度,以及氧气在其表面上的吸附行为。基于三种结构的态密度,讨论了其与禁带宽度变化的关系。基于氧气在g-C3N4、氰基改性g-C3N4和氧掺杂g-C3N4的吸附能和吸附后O-O键长,系统分析了氧气在其表面上的吸附行为。     

Ag NPS/g-C3N4纳米复合材料制备及其SERS纳米传感器

通过化学氧化块状石墨型氮化碳(g-C3N4),获得在水中分散性好的片状g-C3N4.XRD,FTIR和XPS表明,所得片状g-C3N4含有氧官能团.这不仅可以作为锚定点负载纳米银粒子(Ag NPs),而且可以获得Ag NPs均匀分散的Ag NPS/g-C3N4纳米复合物.制备的复合材料中银纳米颗粒的重量百分比也会随着硝酸银与片状g-C3N4的质量变化而发生变化.基于g-C3N4对Co2+的明显的拉曼强度响应,Ag NPS/g-C3N4纳米复合物作为表面增强拉曼散射(SERS)传感器检测Co2+.通过拉曼强度的对照,发现随着Co2+浓度的增加,拉曼信号增加;而含有73％银纳米颗粒的Ag NPS/g-C3N4纳米复合物有高的灵敏性,检测极限浓度达到10-9 mol·L-1;复合材料同时显示出高的选择性,对其他如Cd2+,Cu2+和Zn2+的金属离子没有明显的拉曼增强信号.分析了复合材料对Co2+的增强机制.由于Co2+与g-C3N4中的=N-/-NH-基团的耦合,引发复合材料中Ag NPs聚集,从而产生局部电磁场,进而产生表面增强效应.可以预知,Ag NPS/g-C3N4纳米复合物将作为一种用于制造SERS传感器的新的理想材料.     

硼掺杂增强g-C3N4基单原子催化剂性能的第一性原理研究

单原子催化剂(SACs)以其最大的金属原子利用率和较高的催化活性而备受关注.本文提出了在Mn负载g-C₃N₄单层(Mn/g-C₃N₄)中进行B掺杂的方案来提升单原子催化剂的光催化活性,并利用第一性原理对Mn/B-g-C₃N₄单原子催化剂的晶体结构,电子结构,带边位置和光学性质进行计算.计算结果表明B掺杂具有较强的结构稳定性,带隙变小,同时带隙中出现杂质能级,导致吸收边向可见光区发生红移,提高了g-C₃N₄在太阳光下光吸收能力和光催化活性,研究结果为制备高效的g-C₃N₄基光催化SACs提供了理论指导.     

高压下不同结构的Zr3N4合金结构和弹性性质的第一性原理计算

用基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理方法研究了高压下空间群为I4-3D,Pna21和Pnam的三种结构的Zr3N4的弹性性质,获得了这三种物质在高压下的体弹模量B,剪切模量G,杨氏模量E,泊松比,B/G等力学性质。结果表明,在高压下这三种结构的Zr3N4都是保持力学稳定的,且这三种结构的Zr3N4在各个方向的可压缩性是各向异性的。三种结构的Zr3N4对应的体弹模量,剪切模量和杨氏模量都是随着压强的增大而增大。其中空间群为I4-3D的Zr3N4有最好的抵抗体积压缩,变形和线性压缩的能力。泊松比和B/G的数据表明三种结构在此压强范围内均有较好的延展性,高压下空间群为Pna21和Pnam的Zr3N4延展性更好。研究结论对理论研究和实验有一定参考价值。     

Synthesis of CuO/g-C3N4 Composite with High Anti-Interference Ability for Enhanced Fenton-Like Catalysis

The combination of semiconductors and transition metal compounds for Fenton-like application has been widely reported. However, there are still some problems that can be further studied such as the optimization of metal species and in-depth research of mechanism. In this paper, using melamine and copper acetate as raw materials, a kind of composite of copper oxide and graphitic carbon nitride (CuO/g-C₃N₄) is synthesized by a facile hydrothermal method. The synthetic conditions such as type of transition metal salt and ratio of raw material are further optimized. With the presence of H₂O₂, the CuO/g-C₃N₄ composite shows exceptional broad-spectrum Fenton-like catalytic performance against the organic dyes in aqueous solution within a wide pH range, and the highest degradation rate of organic dyes can reach 99% within 10 min. After eight times of recycling, the catalytic activity of the composite can still remain more than 85%. More importantly, the CuO/g-C₃N₄ composite presented excellent anti-interference ability toward heavy metal ions and complex pollutants. Finally, the enhanced Fenton-like catalytic mechanism is illustrated in detail.     

氮化硅粉末的傅里叶变换红外光谱研究

利用透射法和漫反射法,研究了纯氮化硅粉末和KTBr烯释后样品的红外光谱特征,比较了不同方法获得得的红外光谱的异同,实验发现,纯氮化硅粉末的曼反射光谱在约1200cm^-1处出现一尖锐的强峰,而KBr稀释样品的透光谱和温反射光谱不出现此峰,研究认为,该峰对应氮化硅颗粒表面Si-O键的振动。     

The high pressure synthesis of the graphitic form of C3N4

Abstract

Basing on “ab-initio” calculations, C₃N₄ was claimed to be an ultra-hard material with a bulk-modulus close to that of diamond. Five different structural varieties were announced: the graphitic form, the zinc blende structure, the α and β forms of Si₃N₄ and another form, isostructural with the high pressure variety of Zn₂Si0₄.

Using the same strategy as that developed for diamond or c-BN synthesis, it appears that the graphitic form could be an appropriate precursor for preparing the 3D varieties. Two main problems characterize the C₃N₄ synthesis: (-) the temperature should be reduced in order to prevent nitrogen loss, (-) the reactivity of the precursors should be improved.

Consequently, we have developed a new process using the solvothermal decomposition of organic precursors containing carbon and nitrogen in the presence of a nitriding solvent. The resulting material, with a composition close to C₃N₄, has been characterized by different physico-chemical techniques.     

Raman spectroscopy of the BC3 phase obtained under high pressure and high temperature

A direct transformation of the g‐BC₃ phase to a new diamond‐like d‐BC₃ phase was observed in a diamond‐anvil cell (DAC) at high temperature, 2033 ± 241 K, and high pressure, 50 GPa. Analysis of the peak positions of the d‐BC₃, B₄C, α‐boron, and the boron‐doped diamond leads to the conclusion that the positions of the peaks of the d‐BC₃ are more similar to the peak pattern of the boron‐doped diamond rather than that of boron carbide, α‐boron. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

Mechanistic investigations on emission characteristics from g-C3N4, g-C3N4@Pt and g-C3N4@Ag nanostructures using X-ray absorption spectroscopy

An improved method for the preparation of g-C₃N₄ is described. Currently, heating (>400 C°) of urea is the common method used for preparing the g-C₃N₄. We have found that sonication of melamine in HNO₃ solution, followed by washing with anhydrous ethanol, not only reduce the crystallite size of g-C₃N₄ but also facilitate intriguing electronic structure and photoluminescence (PL) properties. Moreover, loading of metal (Pt and Ag) nanoparticles, by applying the borohydride reduction method, has resulted in multicolor-emission from g-C₃N₄. With the help of PL spectra and local electronic structure study, at C K-edge, N K-edge, Pt L-edge and Ag K-edge by X-ray absorption spectroscopy (XAS), a precise mechanism of tunable luminescence is established. The PL mechanism ascribes the amendments in the transitions, via defect and/or metal states assimilation, between the π* states of tris-triazine ring of g-C₃N₄ and lone pair states of nitride. It is evidenced that interaction between the C/N 2p and metal 4d/5d orbitals of Ag/Pt has manifested a net detraction in the δ*→LP transitions and enhancement in the π*→LP and π*→ π transitions, leading to broad PL spectra from g-C₃N₄ organic semiconductor compound.