Ковалентное допирование g-C3N4 акцепторными структурами на основе 2,1,3-бензохалькогендиазолов: фотокатализ и электронная структура

Разработана методика термического синтеза in situ полупроводников на основе графитоподобного нитрида углерода (g-C3N4), допированного бензо[c][1,2,5]халькогендиазолами (халькоген Ch = O, S, Se). Бензо[c][1,2,5]халькогендиазолы получены ранее представленными в литературе методами. Чистота полученных органических структур подтверждена методами ЯМР 1Н и 13С, ГХ-МС, методами ИК-спектроскопии, элементного анализа и установлением точки плавления вещества. Методика получения образцов нитрида углерода заключается в спекании смеси меламина и требуемого акцепторного блока при 550 °С в нейтральной атмосфере согласно специальной программе нагрева. Факт образования структуры для чистого и допированного нитрида углерода был подтверждён методами порошковой дифрактометрии, ИК-спектроскопии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса ядер 13С. Полупроводниковые и иные свойства нитридно-углеродных материалов были исследованы методами УФ-спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии со вспомогательной функцией рентгеноспектрального микроанализа, спектроскопией фотолюменисценции, циклической вольт-амперометрией, а также методом построения изотерм сорбции - десорбции азота. Проведена серия фотокаталитических экспериментов по разложению воды под действием УФ-излучения (λ = 365 нм) в присутствии образцов чистого и допированного нитрида углерода в качестве фотокатализатора, гексахлорплатиновой кислоты в качестве сокатализатора и триэтаноламина в роли жертвенного агента для поглощения образующихся в ходе реакции «дырок» (h+). Количество образовавшегося в ходе реакции разложения воды водорода определяли с использованием метода газовой хроматографии. Отбор проб производили каждый час. Установлено, что все три допанта положительно влияют на фотофизические и каталитические свойства материалов. Квантово-химические расчеты подтвердили, что бензо[c][1,2,5]халькогендиазолы играют роль акцепторных блоков, накапливающих большую часть электронной плотности ВЗМО.