石墨相氮化碳(CCN)具有优越的机械性能、独特的电子结构和优异的化学稳定性,近年来不仅被作为有机合成反应的催化剂,还被应用于开光电转换器、气敏传感器和荧光传感器、场发射器、燃料电池电极和储氢材料等领域,是一种极有前途的材料。本文研究石墨相氮化碳的制备、表征、生长机理及其性能.本文使用新的化学方法合成该材料,通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)、X光能谱散布分析仪(EDX)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)及选区电子衍射(SAED)等测试手段对获得的新形貌的GCN样品进行表征,这种材料潜在的性能包括光催化剂、超级电容器、氧还原,析氧和析氢反应等。首先,使用一种简单、高效、绿色环保的化学方法,将三聚氰胺粉末放在浓硝酸中低温下预处理,合成了具有高比表面积、微串状独特形貌的石墨相C3N4(ms-GCN)材料。ms-GCN在可见光下可以催化降解罗丹明B、甲基蓝和甲基橙。由于高比表面积和合适的禁带宽度,表现出较高的光降解效率。ms-GCN的一级降解速率常数高于已报道的其它材料,例如GCN, Fe2O3/GCN and TiO2纳米管。因此,这种合成方法可以获得高的表面积和独特的形态,使材料具有更高光降解活性。其次,我们建立了一种简单的可规模化的制备管状石墨相C3N4 (TGCN)的方法。独特的管状形貌的构建是基于用浓硝酸预处理三聚氰胺。本文首次将管状TGCN作为超级电容器的电极材料并测试其电化学储能性能,在6摩尔的氢氧化钾溶液、0.2A/g电流密度下的电容为233 F/g,优良的性能归功于高表面积(182.61 m2/g)和氮元素的存在。另外,1000次循环后电容保持率仍然高达90%。,在可见光下测试了TGCN光催化降解有机染料亚甲蓝(MB)和亚甲基橙(MO)的性能,相比于体相GCN, TGCN显示出良好的光催化活性和稳定性。TGCN材料的高催化活性来源于高表面积可以提供更多的活性位点。TGCN在超级电容器和光催化方面的良好性能使其成为能源存储和清洁环境领域充满前景的材料。然后,我们开发出一种简单、高效、可规模化的方法制备GCN纳米线作为超级电容器电极材料和光催化剂。制备的一维结构GCNNF1内米线优点如下：1、氮含量更高,有利于提高导电性和电化学性能；2、具有高表面积可以提供更大的电极-电解液接触面积、促进可见光吸收和物质传输,进一步的增加氧化还原电位。因此,GCNNF作为超级电容器电极材料在0.1摩尔Na2SO4电解质、1 A/g电流密度下的电容为263.75 F/g,2000循环后电容保留率仍然高达93.6%,即使在高电流密度(10 A/g)下电容也能达到208 F/g,其电容保持率仍然高达89.5%。此外,与体相石墨型C3N4(GCN)相比,GCNNF在降解RhB时表现出更高的光催化活性,降解速率常数高于体相石墨型C3N4(GCN)光催化剂的4倍,这主要归功于GCNNF拥有更高的表面积,合适的能带和更少的缺陷。作为价格低廉的前驱体,三聚氰胺合成GCNNF的方法无害简易且无需使用模板剂,得到的产品GCNNF在超级电容器和光催化降解方面表现出优良的性能,有望应用于能源存储和环境保护应用领域。之后,本文使用拥有类此结构的TGCN和GCNNF材料以探索石墨相氮化碳(GCN)的形貌对催化性能的影响,研究两种形貌的氮化碳在在碱性电解质中氧还原反应(ORR)的活性。其中管状GCN材料在溶解氧中氧还原反应(ORR)的起始电势接近商用Pt/C材料。此外,相比与Pt/C,管状的GCN表现出比Pt/C更高的稳定性和甲醇耐受性,适合燃料电池的应用。最后,本文发展出一种简易、可大规模生产的低温化学方法制备C0304修饰的的石墨相氮化碳(GCN)纳米管。管状石墨相氮化碳(GCN)和C0304之间强烈的协同效应使其可以作为析氧(OER)和析氢(HER)反应的双功能催化剂。高表面积、独特的结构和复合组分使C03O4@GCN拥有更加容易接触的的氧化还原催化位点。对于OER反应,相较于基准物IrO2和RuO2,Co3O4@GCN纳米复合材料在碱性电解质中展现出更高的超电势(0.12 V)和电流密度(147 mA/cm2)以及更好的耐久性。此外,Co3O4@GCN纳米复合材料在HER反应中也表现出更低的过电势和稳定的电流密度等优异性能。预计Co3O4@GCN纳米复合材料在大规模光解水和燃料电池领域具有比贵金属更大的吸引力。