一、文献综述
引言
氢气的燃烧产物只有水，被认为是未来理想的可再生绿色能源，这使得利用半导体光催化分解水制备氢气[1]成为能源领域的研究热点。类石墨相氮化碳是一种新型的非金属半导体，在电池[2]、电解作用、人工光合反应[3]和非均相催化[4]等能源相关领域具有重要的应用前景，但单独使用时存在光催化效率低、光生电子和空穴易复合的特点。水凝胶[5]是一种包含大量水的网状交联聚合物，凭借其不同的官能团，水凝胶已在水和废水处理中得到广泛应用。将氮化碳加入水凝胶可以得到形貌可控的氮化碳水凝胶，独立碳氮基凝胶作为一种新的光活性凝胶，对光催化制氢有良好的催化活性，并且对各种阳离子染料具有强吸附能力和高催化活性。聚苯胺[6-8]是一种导电聚合物，具有特殊的电化学活性和电致变色特性，将聚苯胺加入水凝胶形成的导电水凝胶是多功能智能材料，具有良好的导电性和力学强度。
正文
- 光催化分解水制H2
随着全球经济的发展，环境污染和资源短缺已经成为当今世界的两大严峻问题，有效利用太阳能和寻找其他清洁能源成为我们研究的方向。氢作为一种能源载体,能量密度高,可储可运,且燃烧后唯一产物是水,不污染环境,被认为是今后理想的无污染可再生替代能源。目前研究最广泛的太阳能光催化分解水制氢途径[1]有三种，即光催化、光电催化以及光伏-光电耦合途径。
20世纪60年代末,日本学者Fujishima和Honda发现光照n-型半导体TiO2电极可导致水分解,使人们认识到了利用半导体光催化分解水制氢可直接将太阳能转化为氢能的可行性,利用半导体光催化分解水制氢[9]逐渐成为能源领域的研究热点之一。光催化分解水制氢[10]的基本原理是半导体材料在受到能量相当于或高于催化剂半导体的禁带宽度的光辐照时，晶体内的电子受激从价带跃迁到导带，在导带和价带分别形成自由电子和空穴，水在这种电子一空穴对的作用下发生电离,生成H2和02。光催化分解水的效率与受光激发而产生的自由电子和空穴对的多少、自由电子一空穴对的分离、存活 寿命、再结合及逆反应的抑制等因素有关。国内外学者对光催化剂的研究从单一半导体光催化剂到通过离子掺杂、贵金属负载等途径对光催化剂进行修饰和改性，从开始研究复合半导体光催化剂到对复合半导体进行修饰等，都是在致力于提高光解水效率和可行性的目的上不断发展进步的。
- 氮化碳凝胶
氮化碳[11]作为一种传统的聚合物，具有密度低、化学稳定性高、生物兼容性好、耐磨性强等优 点，在高性能耐磨涂层、膜材料、催化剂及催化剂载 体、金属氮化物的制备等领域具有广阔的应用前景，长期以来受到人们的广泛关注。类石墨相氮化碳因为其独特的平面结构、优良的物理化学性质、原材料便宜、合成方法简单，使之在电池、电解作用、人工光和反应和非均相催化等能源相关领域逐渐取代传统金属催化剂。但是，单一的石墨相氮化碳存在比表面积低、光生电子与空穴易复合[19]、量子效率低等缺陷，使得氮化碳的可见光催化活性受到一定的限制，从而阻碍了其应用。
软材料不仅可以作为新材料用于汽车、船舶、航空航天和生物医疗的制造方面，还可以作为全新的催化和储能材料应用于环境治理和新能源开发[20], 水凝胶作为软材料的一种，是以水为分散介质的凝胶，具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。
将氮化碳用于水凝胶的制备，不仅可以发挥氮化碳的催化活性，还可以充分利用水凝胶的高吸水特性，进一步提高其光催化活性，同时解决催化剂使用后的分离问题。孙敬文等首次研究了氮化碳的水凝胶[12]，制备出了形貌可控的氮化碳水凝胶，并将其用于光催化领域，所制得的氮化碳水凝胶相比于水凝胶机械强度明显提高、形变恢复能力增强、具有更好的物理化学稳定性、对阳离子染料有很好的选择吸附性，在光催化降解染料和制氢方面有突出的效果。
- 聚苯胺凝胶
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