近日，BEAT365唯一官网“先进膜材料与过程”团队联合培养硕士研究生郑涛以第一作者在《Journal of Porous Materials》期刊上发表题为“Gas exfoliation mechanisms of graphitic carbon nitride into few‑layered nanosheets”的论文，该研究得到了国家自然科学基金和江苏省自然科学基金面上项目的支持。《Journal of Porous Materials》是中科院3区期刊。

石墨相碳化氮（g-C₃N₄）是一种2D片层材料，在材料、能源、催化等领域有广泛的应用。但准备出的g-C₃N₄为多片层，颗粒比较大，比表面积较小，限制了其性能的发挥。研究表明，将g-C₃N₄剥离为少层的纳米薄片，能够改善其性能。为此，需要将g-C₃N₄剥离成只有单个或几个原子层厚的薄片。气相剥落法是近年来发展的一种制备纳米片的新方法，与热氧化腐蚀剥落法、化学插层剥落法及溶剂剥落法三种方法相比，该方法不需要长时间使用热源，不需要使用大量酸碱及有机试剂，也不需要长时间超声。气相剥落法操作简单，可以根据材料的不同改变加热的温度，同时产率与循环剥落的次数相关，循环次数越多，产率越高。

论文首先采用气相剥落法制备g-C3N4纳米薄片。探究不同加热温度对气相剥落法剥落g-C3N4纳米薄片结果的影响。然后通过MD计算，研究气相剥落法制备2D g-C3N4纳米薄片的剥落机理，探究g-C₃N₄片层在高温加热状态下结构变化，从微观上观察g-C₃N₄片层的振动状态，探究分析并提出了一种新的气相剥落法制备g-C₃N₄纳米薄片的剥落机理。具体为：首先，将g-C₃N₄粉体进行加热，加热后的g-C₃N₄片层的边缘部分的层间距增加；然后，再将高温加热后的g-C₃N₄粉体添加进低温的L-N₂中，低温的L-N₂会进入边缘部分的g-C₃N₄片层之间，低温的L-N₂遇到高温的g-C₃N₄片层会迅速汽化转变为N₂，体积迅速增大，并与g-C₃N₄片层发生碰撞，从而产生力的作用；最后，L-N₂汽化与g-C₃N₄片层碰撞产生的力能够破坏g-C₃N₄片层之间的较弱的相互作用（范德华力），从而导致边缘部分的g-C₃N₄片层之间的间距再次增大，使得后续的L-N₂更容易进入，持续进行L-N₂进入—汽化—扩大—再进入的过程，直到整个片层被剥落下来。重复循环剥落的过程，能够提高g-C₃N₄薄片的产量。

图1气相剥落法制备g-C₃N₄纳米片的剥落机理示意图

文章链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s10934-021-01169-y