文献综述
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课题研究的现状、发展趋势及思路
1.1研究背景和意义
21世纪以来，在传统工业、手工业和新型产业的冲击下环境问题一直是全世界面临的一大难题。随着人口的爆炸式增长和能源短缺等问题日益严峻，人类生存面临更加严峻挑战。于是太阳能、风能、核能、地热能等新型能源成为广大学者的研究对象。太阳能相比其他新型能源存在广泛且具有较好的研究可行性受到了研究者密切的关注。光催化剂转化利用太阳能更是研究的热点。通过几代科学家的不懈努力，光催化体系不断健全完整，在水处理、环境污染、能源可再生等众多方面都有非常好的运用表现，尤其是在环境领域，光催化对绝大多数有机物都有降解作用且降解率高、没有重复污染等优点受到环保科研工作者的青睐。目前，非金属半导体、金属半导体、贵金属半导体是三种主要的光催化剂类型。许多光催化剂性能尚有不足，还需要不断通过科学研究攻克难题。
1.2光催化的研究概括
目前光催化应用主要有两个方向，一个是通过光催化来进行能源转化，以无处不在的太阳能电池为代表[6]。还有一个方向是通过光催化降解污染物来解决一些环境问题。
1.2.1光催化的概念与原理
光催化技术是将光化学和催化化学相关理论知识体系组合而成的交叉学科。2007年，《光化学术语大典》中给出的光催化定义为“：Change in the rate of a chemical reaction or its initiation under the action of ultraviolet, visible, or infrared radiation in the presence of a substance—the photocatalyst—that absorbs light and is involved in the chemical transformation of the reaction partners”即在有催化物质存在的条件下通过吸收紫外线、可见光或红外线辐射改变化学反应速率。由此可见光催化剂、光的吸收和对化学反应的影响是光催化的三个重要研究对象，是一个复杂的物理化学过程。现在主流的是用量子力学的方法即能带理论来阐述说明这一过程。晶体中的能量按能量高低情况从能级低到高（价带顶）分立依次排列。晶体中存在有价电子的能带称作导带。当光照射的能量超过这一能极差将会产生光生电子与空穴。光生电子与空穴在光催化剂有捕获剂、特殊的表面形态等条件下被捕获，导致光生载流子不能与空穴复合，从而在半导体催化剂表面能够发生氧化-还原反应。价带上的空穴能够直接或与溶液中氢氧根离子结合成羟基自由基来氧化有机物，呈现强氧化性。跃迁到空能级的电子与半导体催化剂表面附着的溶解氧反应生成超氧自由基而有还原性。
1.2.2影响光催化剂活性的因素
光催化剂活性影响因素的研究需要建立在对光催化的原理等相关理论透彻理解的基础上。影响光催化主要取决于材料的带隙结构、表面结构比表面积、晶型、形貌尺寸还有粒径大小等。与此同时外部条件包括光照情况、体系的酸碱度、外加场也是影响其效果的相关因素。由带隙宽度与波长吸收公式可知，光催化剂带隙越小它对光的响应区间就越广。比表面积越大越有利于表面反应进行光生电子-空穴的分离。材料有不同的晶形例如二氧化钛（TiO2）有锐铁矿、铁钛和金红石三种晶型。晶型的差异导致结构的不同使它们有不同的带隙结构。半导体光催化剂的粒径大小也是影响催化不容忽视的因素。粒径越小单位质量的的对应的粒子数量就越多，催化剂表面的活性位点就更多，便有更多的污染物被吸附催化降解。目前研究热点就集中在改变光催化剂的性质来得到更大的禁带宽度、更负的导带结构、更大的比表面积、更优化的晶体结构以获得更好的光催化效果。
1.2.3光催化技术的应用
光催化剂发展至今大致分为两种：紫外光响应型和可见光响应型。光催化技术在环境领域广泛应用，用光催化剂处理水和大气污染。在清洁能源方面也有不错的表现，学者们通过大量科研用光催化剂生产清洁、高效的能源。上文提到价带上的空穴能够直接或与溶液中氢氧根离子结合成羟基自由基，产生的·OH与污染物发生一系列物理和化学反应将水中污染物降解为二氧化碳、水和其他小分子物质。在生产清洁高效能源方面主要是通过光催化降解水制得氢。与此之外，近年来光催化被广泛应用于处理陶瓷、塑料、涂料使其有防菌防霉的特性。对金属还有防腐蚀的的功效以减少资源损失，降解甲醛也有很好的效果。光催化技术在未来应用广阔，通过科学家与环境科学、生物科学、光科学形成交叉研究的深入，提高催化效率、拓宽应用领域、降低使用成本将是未来研究的研究热点和方向。
1.3类石墨相氮化的研究概括
目前绝大多数光催化剂或多或少有带隙缺陷，光的利用率不高，稳定性不好、使用性价比差等问题。需要一种带隙窄。稳定好、获得容易的光催化剂。g-C3N4作为这样的一种催化剂便成为广大科研工作者研究的关注的领域。g-C3N4外观呈淡黄色、分子量为92，禁带宽度大约为2.7 eV，没有毒性，pH约为7。目前还没有在自然界类石墨相氮化碳晶体，还需要研究者们在实验中制得。
1.3.1类石墨相氮化碳的发现
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