1. 研究目的与意义
近几年来，许多理论和实验工作者都在致力于氮化碳的研究。氮化碳作为理论预言的新型物质在诸多领域具有良好的应用前景，氮化碳具有摩擦系数小、质轻、导热性能好、耐高温、抗氧化、抗腐蚀等多种优良性能，在狠多方面都有应用潜力。其中，β-c3n4的硬度可能相当于或者大于金刚石的硬度。随着科学技术的发展，新材料的合成日益受到人们的关注。其中超硬材料，除了由于其很高的硬度以外，还有其高的密度，很好的导热性，大的空穴迁移率，高折射率，高的耐化学腐蚀性等，吸引了很多科研工作者对它们的研究。公元前就已经被发现的金刚石，是我们知道的自然界中存在的最硬的材料。通用电气公司的tracyhall首次合成出了人造金刚石。另外一种在自然界中不存在的物质立方氮化硼，其硬度仅次于金刚石，也于1959年第一次被通用公司的robert wentorf等人合成出来。c．-m．sung和m．sung推测出，元素周期表中Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，v族非金属元素的原子之间可以通过形成共价键，构造出具有较大的体弹性模量的三维结构。其中，第二周期和第三周期的一些非金属元素之间的键合可以形成具有四面体配位的结构。cbn，α-bp，α-alp，α-ain，β-sic，β-si3n4都具有类似金刚石的结构和很高的硬度的材料。除了金刚石和cbn外，超硬材料可能包括β-c3n4，bc2n，bcn。一般来说，碳和氮的二元化合物都可以被认为是氮化碳。我们可以用cxny来表示氮化碳。β-c3n4是理论学家预言的一种氮化碳。它的硬度可能会超过金刚石的硬度。在β-c3n4的晶体结构中，cn4四面体以顶点相连构成三维空间结构。人们对氮化碳的研究投入了很大精力。它们在光学、电学、生物等很多领域中的应用潜力激发了人们对这种在自然界中尚未被发现的新材料的探寻兴趣。
c3n4的制备
c3n4薄膜的制备
2. 研究内容和预期目标
本课题主要研究内容：
以高分子聚合物单体1,3,5-苄基氯代三甲苯和乙二胺为前驱体，在含有生物细胞结构的条件下，制备具有二维结构的碳氮化合物，并对材料的组成和结构进行测定。具体内容如下：
(1)采集生物模板，对模板进行预处理；
3. 研究的方法与步骤
| 常见的碳氮化合物的制备方法主要有固相合成法、溶剂热合成法、水热合成法等方法。 本实验使用的方法和步骤如下：
1．花瓣的预处理：采集花瓣，清理后，去离子水清洗三遍，用无水乙醇配置pH为1的溶液，将花瓣浸泡于溶液中，保鲜膜覆盖隔绝空气，静置一周。取出花瓣，晾干，剪碎，封存待用。 2．高分子单体1,3,5-苄基氯代三甲苯（TCM）、乙二胺和生物模板的共聚合：在搅拌下将TCM（0.561g，2mmol）溶于四氢呋喃（50mL）中，然后加入乙二胺（0.180g，3mmol）和花瓣生物模板。混合物在密闭系统中在63℃加热24小时。后冷却至室温，将反应混合物离心分离除去溶剂，将沉淀用乙醇/水处理（20mL / 20mL）KOH（1.008g）的溶液在45℃下搅拌12小时，得到聚合物。 3. 聚合物碳化获得炭氮化合物：将上述所得聚合物在高温N2保护条件下热处理，获得具有特殊结构的炭氮化合物。 4. 产物结构表征：使用X-射线衍射仪、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱仪、拉曼光谱仪等研究组成结构，并测试其化学性质。
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4. 参考文献
[1] 聂肖威, 陈南, 李静, 陈莲莲, 曲良体. 石墨相氮化碳的可控制备及其功能化应用 [j].中国科学: 化学, 2017, 1: 100-108.[2] 刘凡凡, 周爱国, 陈进峰, 王李波, 张恒, 胡前库. 二维结构mxene温和制备及吸附催化领域的应用 [j]. 兵器材料科学与工程, 2016, 1:120-124.
[3] 韩春蕾. 碳氮化合物的制备与表征 [d]. 山东大学, 2007.
[4] 周红伟. 碳氮化合物合成及其涂层制备技术的研究 [d]. 燕山大学,2006.
5. 计划与进度安排
2022-2-06 ~ 2022-2-19 查阅文献，制定实验方案，完成开题报告。2022-2-20 ~ 2022-4-19 完成以花瓣为模板炭氮化合物的制备，对材料的的结构与形貌进行表征。
2022-4-20 ~2022-5-19 对所制备材料的吸附性能进行测定，并总结前期工作，完成中期答辩。
2022-5-20 ~2022-6-10 数据分析、撰写毕业论文，完成答辩前准备工作。
