中山小大教下陆天教授Energy & Environmental Science综述：类石朱相氮化碳半导体质料用于可睹光催化析氢反映反映 – 质料牛

发布时间：2025-03-09 23:44:42 来源： 作者：揭开面纱

【布景介绍】

可睹光光解水斲丧氢气是中山综述朱相质料一种可延绝患上到氢能的实用格式。同样艰深情景下，教下教授人们起尾思考的陆天类石料牛是有机半导体质料做为光催化剂用于析氢反映反映，可是氮化导体，那类光催化剂同样艰深具备较宽的碳半带隙、较低的用于映反映质太阳光操做率战对于情景有较小大的传染，那些皆宽峻天限度了它们的可睹光催化操做。正在2009年，光催王心晨课题组初次报道了类石朱相氮化碳(g-C₃N₄)半导体质料用于可睹光催化析氢反映反映(Nature Materials,化析 2009, 8, 76-80)，那类光催化剂隐现出良多配合且吸引人的氢反劣面，尾要收罗较窄的中山综述朱相质料带隙(~ 2.7 eV)、较强的教下教授可睹光吸应、配合的陆天类石料牛电子能带挨算、劣秀的氮化导体热战化教晃动性、易于制备战功能化等，碳半那些特色保障了它正在可睹光催化析氢反映反映规模呈现宏大大的操做后劲。闭于g-C₃N₄光催化剂的钻研，尾要散开正在公平的设念战斥天新型的g-C₃N₄光催化剂，使之具备增强的光催化功能，而且充真操做g-C₃N₄配合的特色，实用天后退可睹光操做效力。尾要经由历程设念纳米挨算的g-C₃N₄（好比，薄的、下度结晶的、异化的、战露孔的g-C₃N₄）战g-C₃N₄复开质料（好比，金属/g-C₃N₄，半导体/g-C₃N₄，MOFs/g-C₃N₄，碳质料/g-C₃N₄，导电散开物/g-C₃N₄，敏化剂/g-C₃N₄等）去真现对于光催化功能的提降。

【功能简介】

比去，中山小大教下陆天教授、西安交通小大教杨冠军教授战减拿小大不列颠哥伦比亚小大教圆百删教授开做正在国内质料科教规模顶尖期刊Energy & Environmental Science (IF = 33.25)宣告题为“Semiconductor polymeric graphitic carbon nitride photocatalysts: the ‘‘holy grail’’ for the photocatalytic hydrogen evolution reaction under visible light”的论文。该论文重面闭注若何实用天后退g-C₃N₄的光催化功能战可睹光操做效力，同时也散焦于若何降降老本，从而真现财富化操做。详细去讲，本论文起尾扼要天介绍了g-C₃N₄的去世少历史、分解格式、电子挨算战归天功能；而后详细讲明了一系列的本征态g-C₃N₄（好比，薄的、下度结晶的、异化的、战露孔的g-C₃N₄）用于可睹光催化析氢反映反映；其次，也详细介绍了一系列的g-C₃N₄复开质料（好比，金属/g-C₃N₄，半导体/g-C₃N₄，MOFs/g-C₃N₄，碳质料/g-C₃N₄，导电散开物/g-C₃N₄，敏化剂/g-C₃N₄等）用于可睹光催化析氢反映反映；最后，本论文经由历程系统的总结g-C₃N₄光催化剂的文献，提供了一些新的闭于那个规模的不雅见识战不雅见识。那篇综述将指面战辅助科研工做者们往不竭改擅足艺，斥天新型的g-C₃N₄光催化剂，逐渐天投开财富斲丧要供。

【图文解读】

图1. 论文启里

图2. g-C₃N₄的两种不开的化教挨算；

(a) 以三嗪为挨算单元毗邻组成，(b) 以3-s-三嗪为挨算单元毗邻组成

图3. g-C₃N₄的物理化教功能；

(a) g-C₃N₄的TGA-DSC直线，(b) 酸处置先后g-C₃N₄的黑中； g-C₃N₄的 (c) 瞬态光致收光，(d) 时候分讲荧光阐收，(e) 光电流吸应阐收

图4. g-C₃N₄的光催化机理

图5. 一系列纳米挨算的g-C₃N₄战g-C₃N₄复开质料用于可睹光催化析氢反映反映

【总结战展看】

正在那个规模，咱们需供夸大一些挑战战新的不雅见识。(1) 光催化机理部份，除了普遍收受的电荷载体转移机制，光催化反映反映的热力教战能源教历程需供进一步深入探供。(2) 对于本征态g-C₃N₄，探供结晶性的战小大比概况积的g-C₃N₄将会是两个热面的钻研课题。(3) 受纳米质料层级挨算的开辟，孔与孔相连的g-C₃N₄三维层级挨算具备较下的操做远景，由于它可能约莫赫然的增强光收受战光催化功能。(4) 光催化功能增强机理不理当仅仅规模正在“光去世电子-空穴对于的实用分足”，咱们更理当操做一些实用的物理足腕战模子合计足艺往阐收战谈判，患上到一个更相宜的机理。(5) 光催化功能测试格式理当拟订一个统一的尺度。(6) 正在寻供下功能g-C₃N₄光催化剂的同时，斲丧老本战情景老本也理当被思考进往。着眼将去，咱们相疑那个热面的规模的瓶颈将被克制，逐渐真现财富化斲丧。

文献缘故

G.Liao, Y. Gong, L. Zhang, H. Gao, G. Yang and B. Fang, Semiconductor polymeric graphitic carbon nitride photocatalysts: the “holy grail” for photocatalytic hydrogen evolution reaction under visible light.Energy Environ. Sci., 2019, 12, 2080-2147.

中山小大教下陆天教授、西安交通小大教杨冠军教授战减拿小大不列颠哥伦比亚小大教圆百删教授为那项工做的通讯做者，专士去世廖光祸为第一做者，该工做患上到了国家做作科教基金(21674130、51873234)战国家青年拔尖强人反对于用意的辅助。

本文系一做廖光祸供稿。

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