三聚氰胺——昔日毒分子,今日大用途

众所周知,三聚氰胺昔日被广泛关注源于2008年的三鹿毒奶粉事件。当时很多婴儿食用了三鹿奶粉后患了肾结石,最终的罪魁祸首竟是这个不起眼的小分子——三聚氰胺,当时可谓是人心惶惶。如今该事件已经平息多年,大家对于三聚氰胺的印象或许还是一个“毒分子”,但每种物质都有它存在的道理,三聚氰胺有什么用途呢?

首先来看看它的结构:

这是一个三嗪(三个氮作为杂原子的苯)的结构,每个碳上的氢被一个氨基取代。之所以以前在奶粉中掺杂三聚氰胺,是看重了其高含氮量与价格低廉的优点,而传统的食品检测蛋白质又是通过检测其含氮量来实现的,因而可以达到以假乱真的效果。

事实上,三聚氰胺有很多用途,比如与甲醛缩合形成三聚氰胺树脂,被广泛应用于木质建筑模板的制造和加工中,还有用于海绵、颜料等等。


层压板(还有这种操作....)海绵

除了以上用途,三聚氰胺还有一个非主流应用:合成石墨相氮化碳(g-C3N4)的原料。那么石墨相氮化碳又是什么呢?且看其结构:看起来是不是很均匀对称?

g-C3N4是通过三聚氰胺等聚合而成的,商业上用来做涂层,也被报道是一种很好的储氢材料。近年来发现这种结构的特殊的材料并不简单,其N原子与C原子之前有π电子云的重叠,形成一个大的二维平面π共轭结构(虽然N的杂化是三角锥型的,但其与C的共轭使其处于同一平面,具有一定的张力),层与层之间通过C、N极性的相互吸引而具有较强的稳定性(不像石墨烯全是C、C相互作用)。这种大π电子云相互作用使其成为一种带隙较窄的半导体,是一种很好的光吸收剂。当光照射到其上,电子会从基态激发到激发态,产生空穴和光生电子。在助催化剂作用下,空穴可以起氧化作用,光生电子可以起还原作用,从而可以应用到如CO2还原、光催化分解水等领域。(如图)

BingYueet al 2011 Sci.

Technol. Adv. Mater. 12

034401 doi:10.1088/1468-6996/12/3/034401

当然,目前石墨相氮化碳的光催化性能还远未达到商业化的水平,不过可以预期在不久的将来,以三聚氰胺为原料的g-C3N4将会在如光催化分解水、CO2还原等关系到能源、环境的重大领域大放光彩,届时三聚氰胺也可以“将功赎罪”了。

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