1.3.3.1. g-C3N4 làm chất xúc tác
TiO2 là chất xúc tác truyền thống do tính ổn định và không độc hại của nó. Tuy nhiên, với độ rộng vùng cấm tƣơng đối rộng và sự tái hợp điện tích làm hiệu quả xúc tác quang thấp. So với TiO2, g-C3N4 sở hữu độ rộng vùng cấm thích hợp để hấp thụ ánh sáng nhìn thấy. Bên cạnh đó, khả
30
năng oxy hóa khử và sự linh hoạt trong gắn kết với kim loại của nó làm tăng cƣờng hiệu suất xúc tác quang.
*Làm chất xúc tác cho các phản ứng Friedel-craft
g-C3N4 có thể tạo ra sự tái định vị electron trong cả vùng dẫn và vùng hóa trị do khuyết tật của nó nhƣ độ cong, cạnh hoặc các nguyên tử doping, hoạt động ở vị trí xúc tác trong quá trình khử oxy hóa ethylbenzene. Nói chung, g-C3N4 có hầu hết các tính chất điện tử của than chì, trở thành ứng cử viên quan trọng nhất để bổ sung cacbon trong vật liệu ứng dụng. Do đó, g- C3N4 là một trong những sản phẩm hứa hẹn nhất làm chất xúc tác cho phản ứng Friedel-craft. Goettmann và cộng sự [30] đã sử dụng nó để nhận ra sự acyl hóa Friedel-Crafts của benzen. Họ đã sử dụng heptan làm dung môi cho quá trình acyl hóa Friedel-Crafts và điều tra hiệu ứng bề mặt và tinh thể của các chất xúc tác sử dụng.
* Làm chất xúc tác cho phản ứng oxy hóa khử
Su và đồng nghiệp đã sử dụng g-C3N4 để nhận ra quá trình oxy hóa rƣợu dƣới ánh sáng nhìn thấy [31]. Ngoài ra, Li et al [32] sử dụng vật liệu nano của tấm graphen (GS) / polymer cacbon nitric (GSCN) để kích hoạt O2 cho quá trình oxy hóa chọn lọc cyclohexane, rất quan trọng đối với các quy trình công nghiệp và hóa học hiện tại.
* Làm chất xúc tác để tách nước
Ngày nay, hydro đƣợc coi là năng lƣợng sạch để đối phó với cuộc khủng hoảng năng lƣợng và ô nhiễm môi trƣờng do lạm dụng nhiên liệu hóa thạch. Nguồn hydro lý tƣởng nhất là nƣớc. Chất xúc tác quang không đồng nhất với độ rộng vùng cấm nhỏ và vị trí vùng cấm thích hợp đóng vai trò chính trong việc sử dụng năng lƣợng mặt trời. Có hai cách để cải thiện hiệu quả cho xúc tác quang, đó là: I. Giảm độ rộng vùng cấm để thích ứng năng lƣợng của ánh sáng khả kiến; II. Tách các exciton đủ bằng cách đƣa ra một số
31
khuyết tật của mạng tinh thể để giảm tốc độ tái hợp của các exciton và lỗ trống trong phản ứng xúc tác. Đối với g-C3N4, độ rộng vùng cấm có thể điều chỉnh và các đặc tính của các electron định xứ, cấu trúc vi mô thích hợp cũng nhƣ các khuyết tật và nguyên tử nitơ làm cho nó trở thành vật liệu đầy hứa hẹn để tách nƣớc. Kể từ khi Wang et al [33] sử dụng g-C3N4 để tách nƣớc lần đầu tiên, các nghiên cứu chuyên sâu đã tập trung vào lĩnh vực này. Nhiều nghiên cứu đã cải thiện hiệu quả xúc tác của quá trình tách nƣớc thông qua quá trình fluor hóa .
1.3.3.2. g-C3N4 làm vật liệu quang điện tử
Sự lai hóa sp2 giữa cacbon và nitơ tạo thành liên kết pi trong cấu trúc điện tử làm cho nó có các tính chất quang điện.
* g-C3N4 là thiết bị phát sáng
Hiện nay, các nhiên cứu tập trung vào sự phát quang của g-C3N4 do tính chất bán dẫn của nó. Nói chung, vùng phát quang đƣợc xác định bởi độ rộng vùng cấm và độ rộng vùng cấm của g-C3N4 có thể điều chỉnh bởi nhiệt độ xử lý. Một số nhà khoa học đã nghiên cứu một cách có hệ thống khả năng điều chỉnh quang phát quang của g-C3N4, bằng cách kiểm soát liên tục nhiệt độ xử lý, kết quả vùng phát xạ của các mẫu bao gồm từ 400 nm đến 510 nm, từ màu xanh tím đến màu lục [34].
* g-C3N4 dưới dạng tế bào quang
Với độ ổn định hóa học vƣợt trội và cấu trúc điện tử đặc biệt, g- C3N4 là một chất bán dẫn đầy hứa hẹn cho các tế bào quang điện. Y.J.Zhang và cộng sự đã kết hợp g-C3N4 với than hoạt tính để có đƣợc một tế bào quang bền vững thể hiện hoạt động PEC catot cao gấp 3 lần so với g-C3N4 tinh khiết [35].
32
* g-C3N4 làm cảm biến quang
Barman và đồng nghiệp đã khám phá các chấm lƣợng tử g-C3N4 dƣới dạng cảm biến quang học để phát hiện các ion thủy ngân và iốt thông qua một cơ chế thuật ngữ cụ thể là “ON-OFF-ON”. Thủy ngân có thể đƣợc phát hiện bằng cách làm giảm sự phát quang của các chấm lƣợng tử g-C3N4 thông qua sự hình thành phức hợp g-C3N4-(Hg)x (ON-OFF) và phức hợp này có thể hoạt động nhƣ một cảm biến quang học cho iốt vì iốt có thể tái sinh các chấm lƣợng tử g-C3N4 tự do và do đó phục hồi phát quang (OFF-ON) [36].