氮化碳光催化nature
石墨相氮化碳光催化还原CO2研究进展
第 42 卷第 6 期2023年 11 月Vol.42 No.6Nov. 2023中南民族大学学报（自然科学版）Journal of South-Central Minzu University（Natural Science Edition）石墨相氮化碳光催化还原CO2研究进展常世鑫1，虞梦雪1，俞迨2，严翼1*，王之1，吕康乐1（1 中南民族大学资源与环境学院& 资源转化与污染控制国家民委重点实验室，武汉430074；2 杭州市质量技术监督检测院，杭州310019）摘要半导体光催化可以利用太阳能驱动CO2光催化还原制备碳氢燃料，成为研究热点.石墨相氮化碳（g-C3N4）具有制备简便和可见光响应性能的优点，是CO2还原的热门光催化材料。
但是它具有缺陷多、比表面积小和光生载流子易复合等缺点，光催化CO2还原性能不高.为此，介绍了高CO2还原活性的g-C3N4研究进展，内容包括：（1）g-C3N4研究基础（分子结构、制备方法与电子能带结构）；（2）高活性g-C3N4的分子设计策略（缺陷调控、元素掺杂、表面等离子体处理、单原子催化和异质结构建等），重点讨论了改性方式对g-C3N4的光吸收、光电性能和CO2还原产物选择性的影响.最后建议未来聚焦结晶氮化碳的修饰改性研究，强调利用原位和瞬态表征技术指导高CO2还原活性的g-C3N4的开发，并关注具有高能量密度的长链碳氢燃料产物的选择性.关键词氮化碳；光催化；CO2还原；选择性中图分类号O625.67；O643.3 文献标志码 A 文章编号1672-4321（2023）06-0721-12doi：10.20056/ki.ZNMDZK.20230601Research progress of photocatalytic CO2 reduction ongraphitic carbon nitrideCHANG Shixin1，YU Mengxue1，YU Dai2，YAN Yi1*，WANG Zhi1，LYU Kangle1（1 College of Resources and Environment & Key Laboratory of Resources Conversion and PollutionControl of the State Ethnic Affairs Commission， South-Central Minzu University， Wuhan 430074， China；2 Hangzhou Inspection Institute of Quality and Technical Supervision， Hangzhou 310019， China）Abstract Semiconductor photocatalysis can use solar energy to drive the photocatalytic reduction of CO2，producing hydrocarbon fuel，which becomes a research hotspot. Graphitic carbon nitride （g-C3N4）is a popular photocatalytic material for CO2reduction，which has the merits of facile synthesis and visible-light-response property. However，the photocatalytic activity of g-C3N4 is not high enough for CO2 reduction due to its drawbacks including many defects， small specific surface area， and easy recombination of photogenerated charge carriers. Herein， the recent progress of high active g-C3N4 for CO2 reduction was introduced， which included （1） the research fundamental of g-C3N4： molecular structure，synthesis method，and electronic band structures；（2）the strategies of g-C3N4 molecular design for high efficient CO2 reduction：defects engineering，elements doping，surface plasma treatment，single-atom catalysis，and heterojunction construction. Detailed discussions were focused on theeffects of different modification methods on light absorption，photoelectric property，and selectivity of CO2reduction of g-C3N4. Finally，it is suggested to focus on the study of crystalline g-C3N4modification in the future，emphasizing the use of in situ and transient characterization techniques in exploration of g-C3N4with high CO2reduction activity and selectivity of long-chain hydrocarbon fuel products with high energy density.Keywords carbon nitride； photocatalysis； CO2 reduction； selectivity收稿日期2023-04-12* 通信作者严翼（1986-），女，讲师，博士，研究方向：环境生态，E-mail：****************基金项目国家自然科学基金资助项目（41901235）第 42 卷中南民族大学学报（自然科学版）工业革命以来，人类活动不断的增加和工业的迅速发展促使了化石燃料的大量使用，导致CO2温室气体的大量排放［1-4］.伴随国家的“双碳”目标和绿色发展战略的提出，如何合理解决CO2气体造成的环境问题将影响社会和经济的可持续发展. CO2是一种比较稳定的分子，使C=O键断裂需要大约750 kJ‧mol-1的能量，常规的物理化学方法处理CO2较困难.但是分子中的O周围存在孤对电子，可以为路易斯酸中心提供电子，而其中C可以接受来自路易斯碱中心的电子［5］；此外，CO2可以吸附在绝大多数催化剂材料表面上，这为催化还原CO2分子提供可能性［5-6］.受光激发的半导体材料可以诱导CO2转化为高价值的碳氢燃料产物，在缓解温室效应的同时，还生产了高附加值工业化学品.因此，CO2的光催化还原具有节能和环保的优点，符合可持续发展的理念［7-8］.随着研究的不断深入，高活性CO2还原的半导体光催化材料的开发也从初始的TiO2逐渐拓展到硫化物、金属氧化物和非金属氮碳化物等［9-10］，这些催化剂的光吸收范围从紫外光逐渐向可见光拓展，CO2还原产物日渐丰富，从C1产物（如CO、CH4、CH3OH和HCOOH）过渡到C2产物（如C2H5OH 等）［5-6］.在这些半导体材料中，氮化碳由于具有较好的物理化学稳定性、优异的光响应范围、合适的带隙结构、便捷的制备方式和易于改性等优点而受到广泛关注［3-4， 7］.同时，由于氮化碳的能带结构满足光催化CO2还原的热力学条件，被迅速应用于CO2还原领域.但是，体相氮化碳仍然存在可见光吸收范围窄、载流子复合率高和比表面积小等缺点.针对这些问题，近年来研究人员致力于对氮化碳进行改性从而提升其光催化性能，特别是CO2还原产物的选择性，以产生更高价值的多碳产物.基于以上研究结果，本文主要针对氮化碳改性调节CO2还原产物的选择性进行总结，分别从缺陷调控、元素掺杂和构建异质结三个角度进行详细阐述，重点探讨了改性方法对于氮化碳光吸收、光电特性及还原产物选择性的影响，最后对氮化碳光催化材料未来发展提出展望.1 氮化碳的结构和性质氮化碳是一种热门的聚合型材料，拥有着较高的化学稳定性和热稳定性，耐酸碱腐蚀，最高可在700 ℃下保持热稳定性［4， 11］.氮化碳前驱体在高温环境中，可以一步一步缩合成环状结构，这种环状结构的雏形最早由BERZELIUS发现，并在1834年由LIEBIG命名为“melon”［11-14］.这种雏形材料继续进行缩合最终可得到两种氮化碳的主要结构——三嗪环（C3N3）［图1（a）］和七嗪环（C6N7）［图1（b）］.这两种聚合型的结构由于缩合不完全，使少量杂质氢在结构边缘上产生伯胺基团或者仲胺基团，产生大量无序的体相缺陷.这些体相缺陷的存在，不利于光生载流子的快速迁移扩散，而成为了载流子复合中心，抑制光催化活性.所以，需要对氮化碳进行结构修饰与改性，提升其光催化性能［11， 15-16］.氮化碳是一种典型的N型半导体材料，其能带结构如图1（c）所示，带隙约为2.7 eV，它的导带电位比大多数的CO2还原产物的电位更负，理论上可以生成诸多的还原产物.但在实际应用过程中，受到热力学和动力学因素的限制，氮化碳光催化CO2还原产物主要为CO和CH4［8］.在CO2还原反应过程中，氮化碳价带上的空穴分解H2O为导带产物的生成提供H+［16］；而导带上的电子还原CO2时，生成CH4比生成相同量的CO需要更多的电子和H+［公式（1）和公式（2）］，所以生成CH4受到动力学因素的影响程度更大.此外，氮化碳材料的导带电位也满足生成H2的条件，这也制约了氮化碳还原CO2生成CH4［16-17］.CO2 + 2H++ 2e-→ CO + H2OE0redox=-0.53 V (vs. NHE，PH = 7)，（1）CO2 + 8H++ 8e-→ CH4+ 2H2OE0redox=- 0.21 V (vs. NHE，PH = 7).（2）氮化碳可以通过尿素、氰胺、双氰胺、三聚氰胺、硫脲等前驱体［图1（d）］通过热聚合（包括水热合成法、模板法、熔融盐法等）得到，方法便捷、易于批量制备［12-13， 18-20］.其中，氰胺热缩合生成双氰胺，再由双氰胺热缩合生成三聚氰胺，最后通过三聚氰胺的逐渐缩合制备出氮化碳，这种途径被公认为是产生相对较少缺陷的聚合物的一种高效方法［4， 11］.但是制备出的氮化碳存在较多缺陷，为了改善氮化碳缺陷多和载流子易复合的问题以提高光催化剂的活性和调节产物的选择性，可以从制备方式出发，通过缺陷调控、元素掺杂或修饰改性、构造异质结等途径实现氮化碳的高效应用和产物选择性的调控［21-23］.对氮化碳进行改性处理后的CO2还原产物及选择性的结果详见表1.722第 6 期常世鑫，等：石墨相氮化碳光催化还原CO 2研究进展2 改性氮化碳调控CO 2光催化还原选择性CO 2的光催化还原，要经历多电子逐步还原的反应过程.CO 2在氮化碳表面的光催化还原产物主要有C 1产物和C 2产物，而生成更长链的多碳产物至今仍然面临着很大的挑战［5］.C 1产物的生成过程， 首先是H +与电子转移到CO 2表面，生成羧基中间体（COOH*），然后进一步生成CO 、CH 4等产物［6］.CO 由C =O*或C ≡O*生成，而其他C 1还原产物如HCHO 、CH 3OH 和CH 4的生成途径则由中间体CO*经过一系列反应生成［5］.其中CH 4的生成方式有两种：一种通过CO*加氢生成CH 3O*，再转化成CH 4和H 2O ；另一种由CO*生成COH*，然后脱水形成C*，最后逐步加氢生成CH 4［5-6， 50］.C 2产物由生成的CO*加氢生成*CHO ，然后碳碳键偶联产生COCHO*，继而生成乙醇和乙醛等产物［5， 24， 39］.改性后的氮化碳因为性能发生改变会导致CO 2还原过程中热力学性能和动力学性能发生改变，使得生成的中间体的种类和相应的生成速率发生变化，最终影响到产物的选择性［5， 16］.基于氮化碳的改性方式进行分类，本文将从多种氮化碳的改性方法对于产物选择性影响角度进行详细阐述.2.1 缺陷调控由于石墨相氮化碳的热聚合不完全，导致大量无序体相缺陷的生成，这些缺陷很容易成为光生载流子的复合中心，抑制石墨相氮化碳的光催化活性.但是，对于结晶度比较好在石墨相氮化碳，可以通过特定缺陷（如碳缺陷位点和氮缺陷位点）的引入来调控其半导体能带结构和表面化学环境，增强光吸收和载流子分离效率，实现CO 2还原的活性的增强和产物选择性的调控［1-2］.氮空位的引入可以增强CO 2的吸附性能，同时可以作为陷阱诱捕光生电子，通过延长载流子的寿命和抑制载流子复合，来提升石墨相氮化碳的光催化还原CO 2性能［17］.此外，捕获电子后的氮空位由于周围电子分布的改变更有利于CO 2吸附和活化［17］.通过制备出的三聚氰胺-三聚氰酸超分子进行自组装制备出氮化碳（表1序号1），将氮化碳置于550 ℃下，使用氩气和氢气的混合气体氛围进行氢热处理制备出有氮空位缺陷的管状氮化碳［17］.通过原位红外测试［图2（a ）］可知：在反应图1 氮化碳结构、性质和制备方法Fig.1 Structure ， properties and preparation method of carbon nitride723第 42 卷中南民族大学学报（自然科学版）表1 氮化碳改性策略与光催化还原CO2性能Tab.1 Modification strategies and photocatalytic CO2 reduction performances of carbon nitride序号1 234 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33催化剂名称TCN-1NVs-PCNg-CN-650g-CN-750HCN-AP-g-C3N4S-CN1% B/g-C3N42Au-CNCN/Aug-C3N4/Bi/CDsNi25/g-CNCN/PDA10Def-CNPt@Def-CNCo-MOF/g-C3N4Ni5-CNCu-CCNCCNBsK-CNMn1Co1/CNPtCu-crCNInCu/PCNPd1+NPs/C3N4P/Cu SAs@CNC3N4/rGO/NiAl-LDHsCo3O4/CNSg-C3N4/Cu2Og-C3N4/Ti3C2TxCN/ZnO/GAg-C3N4/FeWO4PN-g-C3N4CeCo-PTI改性方法氮空位氮空位氮空位氮空位局部结晶P改性S掺杂B掺杂纳米Au纳米Au纳米Bi纳米Ni2，6吡啶二羧酸掺杂缺陷氮化碳单原子PtCo-MOFNi单原子Cu单原子Cu修饰K掺杂双单原子双单原子双单原子单原子与纳米粒子金属单原子与非金属Ⅱ型半导体Z型异质结Z型异质结异质结Z型异质结Z型异质结多孔纳米带S型异质结光源300 W氙灯LED灯300 W氙灯300 W氙灯LED灯300 W氙灯300 W氙灯300 W氙灯300 W氙灯氙灯300 W氙灯300 W氙灯500 W氙灯300 W氙灯300 W氙灯300 W氙灯300 W氙灯氙灯300 W氙灯氙灯300 W氙灯300 W氙灯300 W氙灯250 mW cm-2氙灯300 W氙灯300 W氙灯300 W氙灯300 W氙灯300 W氙灯300 W氙灯300 W氙灯300 W氙灯300 W氙灯活性/（µmol‧g-1‧h-1）CO： 7.1CO： 55.95CO： 5.3CH4： 34.4CH4： 52.8CH3COH： 1815CO： 2.4CH4： 1.8CO： 3.20CO： 0.45CH4： 0.16CH4： 1.55CO： 28.3CO： 9.08―CO： 284.7H2： 71CH4： 2.1CH4： 6.3CO： 6.75CH4： 5.47CO： 8.6CO： 3.1CO： 9.9H2： 0.94CO： 8.7CO： 47CH4： 2.8C2H5OH： 28.5CH4： 20.3C2H6： 616.6CO： 2.6CH4： 20.0CO： 13.3CH4： 3.2CH3OH： 0.71CO： 3.98CH4： 2.1CO： 33.9CO： 6.0CO： 29.8CH4： 45.4选择性100% CO85% CO86.6% CH496.4% CH498.3% CH3COH43.3% CH4100% CO26.2% CH419.1% CH495.6% CO98% CO28% CH4100% CO78% CH499% CH444.8% CH481.1% CO100% CO91.4% CO―100% CO19.4% CH492% C2H5OH97.8% CH433.0% C2H688.5% CH480.8% CO94.9% CH3OH34.7% CH492% CO91% CO100% CO88.3% CH4参考文献［17］［22］［16］［16］［24］［25］［26］［27］［28］［29］［30］［31］［32］［33］［33］［3］［34］［35］［36］［23］［37］［38］［39］［40］［41］［42］［43］［44］［45］［46］［47］［48］［49］724第 6 期常世鑫，等：石墨相氮化碳光催化还原CO 2研究进展过程中的产生了大量生成CO 的中间体——CH 3O*、HCOO -和COOH*，并未发现大量生成CH 4中间体，使CO 2还原更倾向于生成CO.除了改变煅烧热处理的气体氛围可以制造氮空位，利用甲酸辅助刻蚀也可以产生氮空位缺陷.杨朋举教授课题组［22］用三聚氰胺作为前驱体煅烧出氮化碳，利用氩气将甲酸带入管式炉对氮化碳进行热处理从而产生氮空位.通过表征发现氮空位主要集中在氮化碳的表面，形成氮空位后也极大地提高了CO 的产率，CO 选择性大约在85%（表1序号2）.通过吉布斯自由能的理论计算［图2（b ）］可以发现：这种方式引入的氮空位降低了生成COOH*的活化能，使得产物中CO 的选择性更高.氮空位的形成会影响材料能带结构，带隙的位置可以受到氮空位的电子密度的影响［16， 51］.张金龙教授课题组［16］报道三聚氰胺在空气氛围下通过改变温度进行高温煅烧可以制备出氮空位的氮化碳.根据CO 2还原的活性测试结果发现：随着催化剂煅烧温度的提高，CH 4的选择性大幅提高，750 ℃煅烧出来的氮化碳CH 4的选择性最大并且达到96.4%（表1序号4）.通过能带分析发现：随着煅烧温度的提高，间隙态的生成位置逐渐降低［图2（c ）］，在650 ℃以上的温度进行煅烧，间隙态的位置会低于产生CO 的电位.间隙态的产生会使得电子在激发后率先集中在其附近，更有利于从热力学方面产生CH 4.此外，利用Pt 4+在催化剂表面光沉积来研究氮化碳的光生电子的迁移途径发现：光生电子倾向于迁移并聚集在催化剂的边缘，导致边缘的氮缺陷处的电子密度更高，在动力学上对产生CH 4更有利.在热力学和动力学双重优势下，还原产物体现出更高的CH 4选择性.用传统方式热缩合得到的氮化碳基本为非晶态或半晶态的状态.在结晶氮化碳表面引入缺陷也是一种提升性能的方法.文献［24］通过加入氨基-2-丙醇（AP ）和双氰胺制备氮化碳提高了单体的结晶度和聚合物的聚合度，获得了结晶氮化碳（图3）.从样品的高分辨率透射电镜［图3（b ）］照片，可以观察到明显的缺陷区域和有序的晶格条纹，反映出其缺陷氮化碳较高的结晶性能.这种结构可以促进CO 2向油类化合物的转化，通过对反应过程分析［图3（c ）］可知：这种结构使得CO 2逐步生成C 2产物的中间体——CO*和CHO*，CO*和CHO*更容易自发偶联生成C 2产物中间体OCCHO*，抑制CHO*进行质子化的过程，故最终生成产物以CH 3CHO 为主，并且选择性高达98.3%（表1序号5）.从理论上讲，相比将CO 2还原生成C 1产物，还原生成C 2产物具有更高的能量密度和更大的商业价值［52］.2.2 元素掺杂元素掺杂改性也是一种常用的改性手段.金属或者非金属掺杂剂的原子轨道与催化剂本身的分图2 N 缺陷氮化碳CO 2还原选择性影响机理图Fig.2 Schematic diagram of selectivity reduction of CO 2 over carbon nitride with N defect725第 42 卷中南民族大学学报（自然科学版）子轨道发生杂化，能够起到改变反应的活性位点、调节能带结构和电子分布结构等作用，进而通过影响催化剂的性能来改变产物的选择性［5-6］.在氮化碳还原CO 2过程中，电子从氮原子上激发并向碳原子上迁移，但是光激发后电子更加倾向于分布在氮附近，尤其是分布在双配位氮的附近［图4（a ）］，这使电子的迁移更加困难，导致在催化过程中载流子复合率高和反应动力更低［16， 27］.刘敏教授课题组［27］建立了硼掺杂氮化碳的模型，根据模型［图4（b ）］可知：硼原子已成功掺杂在相邻的七嗪环之间，并且与七嗪环的氮原子形成了良好的亲和力.通过计算发现在硼掺杂氮化碳后，激发后的电子从N （2P x ，2P y ）向B （2P x ，2P y ）上转移更加容易，可以极大地增加反应的动力，更有利于CH 4的产生.他们用硼酸和尿素混合进行一步煅烧实验生成硼掺杂氮化碳，硼作为主要的活性位点可以改变对CO 2还原中间体的吸附，使得产物更容易生成CH 4，所以相比纯氮化碳，生成CH 4的选择性得到了提高.相比硼掺杂，硫掺杂对氮化碳的性能改变有着不同影响.文献［26］通过水热和程序升温的方法制备出介孔硫掺杂氮化碳，更多的介孔形成和硫的掺杂增大了比表面积，并增强了对CO 2的吸附能力 ［图5（a ）］，这有利于CO 2的活化并进行还原反应.在能带结构中，由于硫参与轨道杂化并且作为主要的活性位点，载流子的分离效率得到提高，反应的活性也得到增强.在生成产物的过程中，相比纯氮化碳，硫掺杂改性的氮化碳使生成的CO 产物更容易脱附［图5（b ）］，因此生成CO 的选择性显著提高.2.3 表面等离子体效应金属纳米粒子的负载可以增强光吸收和促进载流子分离，从而提高光催化活性的效果.在氮化碳上掺入金属纳米粒子后，不仅可以作为活性位点和形成促进载流子分离的肖特基结构显著提升性能，而且还会由于金属纳米粒子的局部表面等离子共振效应（LSPR ）进一步拓展催化剂的光吸收范围［7， 53-54］.负载Au 纳米粒子的氮化碳就是一个不错的例子，可以通过LSPR 效应一定程度上提高CH 4的选择性.KAIMIN S 教授课题组［28］利用NaBH 4还原法所制备的负载Au 纳米粒子的氮化碳，不仅有效地抑制了载流子复合，还通过LSPR 效应促进了更多热电子产生和增强了在可见光范围下的光吸收能力，大幅提高了CO 2还原的活性，尤其是为CH 4的形成提供了更多活性电子促进其生成.向全军教授课题组［29］用N 2等离子体处理浸渍在HAuCl 4中的氮化碳制备催化剂，这种Au 纳米粒子负载氮化碳也能通过Au 纳米粒子的LSPR 效应显著提高CH 4的选择性.图3 局部结晶氮化碳的结构与CO 2还原反应机理Fig.3 Morphology of locally crystalline carbon nitride and CO 2reduction reaction mechanism图4 B 掺杂氮化碳DFT 计算Fig.4 DFT calculation about B doped carbon nitride726第 6 期常世鑫，等：石墨相氮化碳光催化还原CO 2研究进展此外，金属纳米粒子作为活性位点也可以降低反应能垒.董帆教授课题组［30］使用碳点（CDs ）作为基质，将Bi 纳米粒子锚定在氮化碳上并与其进行桥接制备出CNB -2，Bi 通过LSPR 效应增强了氮化碳光吸收的能力和产生了更多热电子，热电子产生后可自发注入氮化碳中，为CO 2还原提供更多热电子［图6（b ）］；而作为基质的CDs 可以作为光生空穴的受体，在内建电场的作用下Bi 和氮化碳所产生的空穴可以转移到CDs 上，有利于光生电荷的分离并为CO 2还原提供更多的还原动力.通过吉布斯自由能可以得出，Bi 纳米粒子的掺入明显降低生成CO 途径的中间产物的活化能，为生成CO 提供更多热力学条件，最终生成CO 的选择性得到了提高.2.4 单原子催化将金属由纳米级尺寸制备成更小的单原子尺寸，会引起原子自身特性发生更为显著的改变.通过金属单原子对氮化碳改性，一方面暴露出更多的单原子位点，影响吸附中心和反应位点；另一方面单原子通过改变电子结构对反应过程进行调整，拥有了更加出色的催化性能表现［54-56］.金属单原子改性是一种充满挑战又极大提高催化剂性能的方法，有不少有关通过单金属单原子对氮化碳改性提升性能的报道.熊宇杰教授课题组［33］通过在氮化碳上分别负载Pt 单原子（Pt@Def -CN ）和Pt 纳米粒子，进行CO 2还原实验中，相比未负载金属的氮化碳，它们的反应活性和CH 4的选择性显著提高，其中Pt@Def -CN 对于CH 4的选择性提升更高，达到了99%（表1序号15），由于单原子独特的性质对选择性造成了影响.一方面，因为H 原子与Pt 单原子之间结合相对不稳定，Pt 单原子附近存在更多—OH 基团，抑制了H 2产生，为生成CH 4提供更多H +；另一方面，Pt 单原子有效地降低了反应过程中生成CH 4的活化能能垒［图7（a ）］，同时又增加了CO*中间产物的解析能，提高了CH 4的选择性.向全军教授课题组［35］制备出掺入Cu 单原子的高结晶氮化碳，Cu 单原子的加入可作为CO 2活化的活性中心，提高了对CO 2的吸附能力，增强了反应活性.此外，Cu单原子的加入使图5 S 掺杂氮化碳的CO 2吸附等温线和CO -TPD 光谱Fig.5 CO 2 adsorption isotherms and CO -TPD spectra of S -oping carbon nitride图6 金属纳米离子改性氮化碳CO 2还原反应机理图Fig.6 Scheme diagram of metal nanoions modified carbon nitride CO 2 reduction reaction727第 42 卷中南民族大学学报（自然科学版）得生成CO 的反应过程优先于生成CH 4的反应过程［图7（b ）］，极大地提高了CO 的选择性.双金属单原子通过协同作用能提高CO 2还原性能.李亚栋教授课题组［37］合成出含有Co 和Mn 双金属单原子的氮化碳来进行CO 2还原.在还原过程中，光生空穴更倾向于移动到Mn 单原子上作为活性位点加速H 2O 分解，提供H +；而光生电子更倾向于移动到Co 单原子上，通过增加CO 2的键长和键角将CO 2活化，最终生成CO.这种双金属单原子的协同作用使CO 的选择性基本上达到100%（表1 序号21）.侯军刚教授课题组［39］将Cu 和In 单原子分散在氮化碳上，双金属单原子的引入改变了催化剂的电子结构［图7（c ）］.在Cu 单原子附近有明显的电荷富集的迹象，而在In 单原子附近有明显的电荷消耗的迹象，它们之间的协同作用促进了电荷转移和电荷分离.此外，双金属的作用增强了对中间体CO*的吸附并降低了C —C 偶联的活化能，促使了偶联生成乙醇.金属单原子和金属纳米粒子同时引入氮化碳上能够协同发挥作用，调整CO 2还原的选择性.郑旭升教授课题组［40］通过在氮化碳上引入Pd 单金属（Pd 1）和Pd 纳米粒子（Pd NPs ）作为双活性位点，改善了氮化碳的光催化性能.相比只引入Pd 1，双金属单原子引入后的协同作用使得CH 4的选择性有了显著提高［图7（d ）］.Pd NPs 的加入促进H 2O 分解并且加快H +转移到Pd 1；而Pd 1则更有利于吸附中间体CO*，加快质子化过程，生成CH 4.此外，Pd NPs 和Pd 1的协同作用也降低了从CO*到生成CHO*的活化能能垒，显著提高了生成CH 4的选择性.金属单原子与非金属之间也能够产生协同作用，提高氮化碳的性能，影响产物的选择性.毛俊杰教授［41］课题组报道了通过将P 和Cu 作为双活性位点锚定在氮化碳上，在CO 2还原过程中生成高选择性的C 2H 6产物.首先，P 和Cu 修饰对氮化碳的带隙起到一定调整作用，在一定程度上更有利于电子空穴的光激发分离.其次，P 和Cu 作为电子和空穴的捕获位点，可以促进Cu 对电子的富集从而实现CO 2还原的多电子过程.最后，P 和Cu 的修饰降低了中间生成C 2H 6的反应途径的活化能，CO*和CO*更容易发生偶联，形成中间体OCCO*，逐步加H最终生图7 单原子金属改性氮化碳CO 2还原反应机理图Fig.7 CO 2 reduction reaction scheme diagram of monometallic metal modified carbon nitride728第 6 期常世鑫，等：石墨相氮化碳光催化还原CO 2研究进展成C 2H 6产物.2.5 异质结构建不同于单一的材料，将复合材料制成异质结更有利于提高催化剂的性能.由于异质结界面在空间结构上彼此分离，光生电子和空穴的复合会更容易被抑制，从而改变生成产物的选择性［7， 21， 57］.Ⅱ型异质结在CO 2还原的相关文献中经常被报道，汪铁林教授课题组［42］在NiAl 层状双金属氢氧化物（NiAl -LDHs ）和氮化碳中引入还原氧化石墨烯（rGO ）辅助制备成Ⅱ型半导体，由于rGO 拥有优异的导电子能力，能进一步促进载流子分离，使氮化碳上光生电子更迅速分离并转移到NiAl -LDHs 的Ni 原子上，导致生成CO 的选择性大大提高.Ⅱ型异质结虽然可以极大地促进载流子分离，但会使催化剂的价带或导带的电位降低［12， 21］.Z 型异质结概念受到植物光合作用的机理启发提出.相比Ⅱ型异质结，Z 型异质结保持了更正的价带和更负的导带电位，因此复合材料拥有更强的光催化氧化/还原性能［21， 57-58］，常应用于光催化领域.文献［46］报道利用静电自组装和低温共沉积法将ZnO 和氮化碳锚定在石墨烯气凝胶上制备出间接接触Z 型异质结结构，这种异质结结构的构建不仅使电子空穴更有效地空间分离，在CO 2还原产物中CO 的选择性更高.有国外课题组［47］制备出氮化碳和FeWO 4复合的直接接触Z 型异质结.同样地，这种异质结也极大地抑制了载流子分离和提高了氧化电位，使产物中H +更倾向于生成H 2，抑制了CH 4的产生，故CO 2还原的产物中没有CH 4和其他烃类产物产生.3 总结与展望光催化技术可以利用太阳能来驱动温室气体CO 2的催化还原，制备具有高附加值的碳氢燃料，因此该技术具有节能和环保的优点.在所有的半导体光催化材料中，石墨相氮化碳因为具有可见光响应和能带结构合理等优点，而成为受欢迎的CO 2还原光催化材料.但是，其依然存在缺陷多、比表面积小和光生载流子易复合等缺点，在一定程度上制约了该技术的实际应用.因此，科学家们采用各种策略对石墨相氮化碳进行修饰改性，以进一步提升其光催化还原CO 2的性能.本文总结了目前石墨相氮化碳用于CO 2还原方面的5种改性方式，分别是缺陷调控、元素掺杂、等离子体效应、单原子修饰和异质结构建.对石墨相氮化碳的结构修饰，改变了催化剂表面的化学环境，进而对CO 2光催化还原路径产生和产物还原选择性产生深远影响.为了实现CO 2在氮化碳表面的高效光催化还原，在今后的研究中以下工作值得进一步深入研究.（1）开展基于结晶石墨相氮化碳的修饰改性研究.相对于普通氮化碳，结晶氮化碳的体内和表面缺陷大幅度减少，而表现出高效载流子分离效率和光催化性能.但是石墨相氮化碳依然属于有机半导体材料，其表面缺乏过渡金属作为CO 2分子的吸附和活化中心.因此，需要开展基于结晶氮化碳的表面改性特别是过渡金属表面修饰研究.（2）开展修饰组分之间的协同作用机制研究.从CO 2在石墨相氮化碳表面的吸附开始，到吸附产物如CH 4/CO 的脱附，中间需要经历很多关键步骤.因此，深入研究各修饰组分之间的接力还原CO 2机制，对深刻理解CO 2还原的活性中心结构和指导高效光催化还原CO 2材料的开发具有重要意义.（3）开展CO 2光催化还原的原位瞬态谱学研究.CO 2分子在光催化还原过程中，存在中间产物结构图8 氮化碳异质结CO 2还原选择性机理图Fig.8 CO 2 reduction reaction scheme diagram of carbon nitride with heterojunction729。
石墨相氮化碳在光催化杀菌领域中的应用研究
石墨相氮化碳在光催化杀菌领域中的应用研究石墨相氮化碳（GNC）是一种新型的光催化剂，具有高效、环保和可再生的特点，在光催化杀菌领域中具有广阔的应用前景。
本文将探讨GNC在光催化杀菌领域中的应用研究，并分析其优势和挑战。
在过去的几十年里，细菌和病毒感染一直是人类面临的重要问题之一。
随着抗生素和其他传统杀菌剂的滥用和耐药性的增加，研发新型的杀菌技术迫在眉睫。
光催化杀菌是一种具有潜力的替代方法，其中光催化剂能够利用可见光或紫外光产生活性氧化物，从而杀死细菌和病毒。
GNC作为一种全新的光催化剂，具有许多优势。
首先，GNC的光电转换效率高，能够利用可见光产生大量的电子-空穴对。
这些电子-空穴对能够通过还原和氧化反应产生活性氧化物，从而具有杀菌效果。
其次，GNC是一种环保的材料，由碳、氮和氧组成，不会产生有害的副产物。
最后，GNC是可再生的，可以通过简单的方法制备和再生，从而减少成本和资源消耗。
研究表明，GNC在光催化杀菌领域具有广泛的应用潜力。
一项研究发现，GNC对大肠杆菌具有显著的杀菌效果。
在可见光照射下，GNC能够产生一定量的活性氧化物，破坏细菌细胞的结构和功能，从而导致其死亡。
类似的结果也在其他细菌和病毒中得到验证，包括金黄色葡萄球菌、大肠肠杆菌O157、流感病毒等。
除了对细菌和病毒的杀菌作用外，GNC还具有其他应用价值。
一项研究发现，GNC可以通过光催化降解有机污染物，如苯酚和甲醛，从而净化水和空气。
另一项研究显示，GNC还可以用于光催化制备氢气和其他燃料，实现可持续能源的生产。
尽管GNC在光催化杀菌领域具有许多优势，但也面临一些挑战。
首先，GNC的光催化效率目前仍然有待提高。
虽然GNC能够利用可见光产生大量的电子-空穴对，但其光吸收能力仍然有限，导致部分光能无法有效利用。
其次，GNC的制备方法和再生方法还不够成熟。
目前的制备方法通常需要高温和高压条件，从而增加了成本和能源消耗。
另外，GNC的稳定性也是一个问题，其在长时间使用和再生后性能会出现衰减。
国家自然科学基金 氮化碳
国家自然科学基金氮化碳
国家自然科学基金是中国政府设立的用于支持基础研究和前沿科学探索的重要资金来源。
在自然科学领域，氮化碳是一个研究热点和前沿领域之一。
氮化碳（Nitrogen-doped carbon）是指将碳材料中掺入氮元素，形成氮碳复合材料的过程。
氮化碳具有许多独特的物理和化学性质，因此在各个领域都有广泛的应用潜力。
以下是氮化碳在不同领域的研究方向和应用：
1. 催化剂：氮化碳作为催化剂具有较高的催化活性和选择性，在电化学、光催化等领域具有广泛应用。
2. 电化学能源存储：氮化碳作为电极材料，可用于超级电容器、锂离子电池等电化学能源存储器件中。
3. 光催化：氮化碳在光催化领域有重要应用，可用于水分解产氢、有机污染物降解等环境治理和能源转化过程。
4. 光电器件：氮化碳材料具有较好的光电转换性能，可用于太阳能电池、光电探测器等器件中。
5. 传感器：氮化碳材料对于气体、湿度、温度等环境参数的敏感性较高，可用于传感器领域。
6. 二维材料：氮化碳材料可以制备成二维纳米片，具有独特的电子结构和物理性质，在纳米器件和纳米电子学领域有潜在应用。
国家自然科学基金支持氮化碳相关的研究项目，旨在推动氮化碳在能源、环境、光电等领域的应用和发展。
科研人员可以通过向国家
自然科学基金提交项目申请来获取资助支持，从而推进氮化碳的研究和应用。
氮化碳共价连接光催化co2
氮化碳共价连接光催化co2
共价连接氮化碳用于光催化CO2还原是一种新兴的技术。
通过将Rh复合物共价接枝到氮化碳上，结合FDH，构建了一个人工光酶催化体系，该光催化剂实现了光敏单元和电子传递单元的集成，可以有效再生NADH，进一步与固定在疏水膜上的FDH偶联，可提高HCOOH 产量。
此外，还有研究通过酰胺键将Co吡啶分子络合物共价连接到半导电介孔石墨氮化碳上，制备了该杂化催化材料，并发现该材料在模拟太阳光下、乙腈溶液中光催化CO2还原，生成CO的选择性可高达98%，且该催化剂非常耐用，在照射4天后未观察到活性的衰退。
总的来说，共价连接氮化碳用于光催化CO2还原是一种具有前景的技术，有望为实现CO2减排和环境保护提供新的解决方案。
结晶氮化碳光催化二氧化碳还原-概述说明以及解释
结晶氮化碳光催化二氧化碳还原-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容应包括对结晶氮化碳光催化二氧化碳还原的背景和意义进行简要介绍。
随着全球能源需求的持续增长和化石燃料的消耗，二氧化碳排放的问题日益突出。
而二氧化碳是一种重要的温室气体，对地球气候变化产生重大影响。
因此，寻找一种有效的二氧化碳减排和利用途径迫在眉睫。
近年来，结晶氮化碳作为一种新兴的光催化材料备受关注。
结晶氮化碳拥有特殊的纳米结构和优异的光学和电子性质，被广泛应用于光催化、光电子和电催化领域。
特别是在二氧化碳还原领域，结晶氮化碳展现出了巨大的潜力。
结晶氮化碳光催化二氧化碳还原是一种将二氧化碳转化为有用化学品或燃料的方法。
通过利用结晶氮化碳晶格中的缺陷和能带结构，以及可见光的激发，可以实现二氧化碳的高效转化。
这种方法不仅可以减轻对化石燃料的依赖，还可以有效地降低二氧化碳排放量，从而实现碳循环经济的可持续发展。
本文将对结晶氮化碳光催化二氧化碳还原的原理和应用进行深入探讨。
通过分析其优势和挑战，展望结晶氮化碳光催化二氧化碳还原在未来的前景。
希望通过本文的研究，能够为深入理解和推广结晶氮化碳光催化二氧化碳还原提供参考和指导。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要介绍了结晶氮化碳光催化二氧化碳还原的原理和应用。
文章由引言、正文和结论三个部分组成。
引言部分首先概述了结晶氮化碳光催化二氧化碳还原的背景和重要性。
随着全球能源和环境问题的日益加剧，人们对可再生能源和碳减排技术的需求越来越迫切。
因此，开发高效的光催化二氧化碳还原技术具有重要意义。
接着，引言部分介绍了本文的结构和目的。
正文部分分为两个小节进行阐述。
首先，在2.1节中详细介绍了结晶氮化碳光催化二氧化碳还原的原理。
结晶氮化碳是一种具有优异光催化性能的材料，能够将二氧化碳转化为有用的碳氢化合物。
本节将解释结晶氮化碳的光催化机理，并介绍了一些常用的改性方法来提高其催化性能。
接着，在2.2节中探讨了结晶氮化碳光催化二氧化碳还原的应用。
氮化碳基纳米材料的可控合成及光催化性能研究
品主要活性物种。
Ag@AgCl复合体系中，Ag纳米颗粒的表面等离子体共振效应产生热电子，促进了光催化降解有机物。
Ag@AgCl纳米框结结构光催化剂的制备可为新型纳米器件的设计合成提供新的思路。
关键词：光催化；氮化碳；二元合金；异质结；纳米材料Controllable Synthesis and Photocatalytic Properites of g-C3N4Based NanomaterialsABSTRACTEnergy crisis and environmental pollution are two major problems in the sustainable development of contemporary society. As a kind of renewable energy, solar energy is the basis of sustainable development. Semiconductor photocatalysts can utilize clean, resource rich solar energy to produce hydrogen from water and degradation of environmental pollutants. In order to give full play to the advantages of photocatalyst in the development of new energy sources and environmental purification, the design and synthesis of novel and efficient photocatalytic materials is an outstanding and challenging subject in the field of photocatalysis.Graphite phase carbon nitride (g-C3N4) is a kind of organic semiconductor material, which has a good band gap and chemical stability. The relationship between the structure and photocatalytic activity of the photocatalysts was systematically studied by the controlled synthesis of the composite photocatalysts. In this paper, several kinds of the photocatalysts have been developed, which can further broaden the application of g-C3N4 photocatalyst in the field of energy crisis mitigation and environmental pollution control. The main conclusions were summarized as follows:(1) AuPd/g-C3N4photocatalysts were synthesized through introducing AuPd bimetallic nanoparticles by means of chemical reduction and heat treatment. The doping of AuPd nanoparitcles did not affect the morphology and structure of g-C3N4 photocatalysts. The composite photocatalysts exhibited enhanced photocatalytic activity in the presence of small AuPd nanoparticles, and the highest efficiency was observed with 0.5 wt% AuPd/g-C3N4 sample. The rate of photocatalytic hydrogen production reached 326 μm ol·h-1·g-1. Based on the analysis of the surface photovoltage technique, the photoinduced electron transfer process at the heterojunction interface can be further understood.(2) PtCo nanoparticles cocatalyst decorated ultrathin 2D g-C3N4nanosheet photocatalysts were successfully prepared with a solvthermal synthsis approach. In this study, the g-C3N4 nanosheets with high surface areas were synthesized by using HCl and NH3 gas as the template in the pyrolysis process of NH4Cl. Compared with Pt/g-C3N4 photocatalyst, the photocatalytic activity of PtCo/g-C3N4 nanosheets photocatalysts has been greatly improved, and the hydrogen production rate is up to 960 μmol·h-1·g-1. The unique structure of the binary alloy can inhibit the recombination of photogenerated electrons and holes, and improve the photocatalytic activity of hydrogen production.(3) g-C3N4 nanosheets were prepared by a facile bubble expanding process, and a new methodology with in-situ light and hydrogen reduction was adapted to synthesize AuPd/g-C3N4composite photocatalyst. After optimization of the photocatalyst, the hydrogen production rate reached 2145 μmol·h-1·g-1, about 6 times higher than that of sodium borohydride reduced AuPd AuPd/g-C3N4. HPO42-is more likely to act as a mediator and participates directly in the photocatalytic reaction, thus bring about a new proton reduction process: HPO42-instead of water is reduced by the photo-generated electrons and subsequently produce PO43- and H2 at the interface of metal-semiconductor catalysts.(4) Based on the analysis of the active species in the photocatalytic degradation of methyl orange dye by Co3O4/g-C3N4and Ag@AgCl photocatalysts, the essence of photocatalytic process was investigated. The composite photocatalysts exhibited enhanced photocatalytic activity in the presence of small amounts of Co3O4 species. The results showed that the superoxide radical is the main active species in the composite samples. In the Ag@AgCl system, the surface plasmon resonance of Ag nanoparticles produces hot electrons, which promotes the photocatalytic degradation of organic compounds. The preparation method of Ag@AgCl heterojunction photocatalyst can provide a new idea for design and synthesis of new nanoscale devices.Key Words：Photocatalysis；Carbon nitride；Binary alloy; Heterojunction; Nanomaterial创新点1.首次采用化学还原和热处理的方法构筑AuPd/g-C3N4复合光催化体系。
石墨相氮化碳的制备与光催化性能
第４０卷第２期２０１９年４月 青岛科技大学学报（自然科学版）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．２Ａｐｒ．２０１９ 文章编号：１６７２－６９８７（２０１９）０２－００３６－０６；ＤＯＩ：１０．１６３５１／ｊ．１６７２－６９８７．２０１９．０２．００５石墨相氮化碳的制备与光催化性能李龙飞，姜代旬，潘凤丹，刘 廓，杜芳林＊，曲晓飞，尹正茂（青岛科技大学材料科学与工程学院，山东青岛２６６０４２）摘 要：石墨相氮化碳（ｇ－Ｃ３Ｎ４）作为一种半导体材料，它的禁带宽度约为２．７ｅＶ，具有优异的物理和化学稳定性，并且其原料来源广泛，无毒，廉价，可以应用于产氢、降解有机染料及ＣＯ２的还原等领域。
本研究以尿素为原料制备了ｇ－Ｃ３Ｎ４，研究了热聚合温度、反应时间对制备的ｇ－Ｃ３Ｎ４光催化降解罗丹明Ｂ性能的影响，并考察了对甲基橙、亚甲基蓝等不同染料的光催化降解效果。
结果表明：石墨相氮化碳对于罗丹明Ｂ和亚甲基蓝的降解效果较好（３ｈ之内几乎完全降解），而对于甲基橙几乎没有降解效果；随着聚合温度的提高（６００℃以下），反应时间的延长（９ｈ以内），产物的光催化降解染料的效果越好。
关键词：石墨相氮化碳；尿素；光催化降解中图分类号：ＴＱ １２９ 文献标志码：Ａ引用格式：李龙飞，姜代旬，潘凤丹，等．石墨相氮化碳的制备与光催化性能［Ｊ］．青岛科技大学学报（自然科学版），２０１９，４０（２）：３６－４１．ＬＩ Ｌｏｎｇｆｅｉ，ＪＩＡＮＧ Ｄａｉｘｕｎ，ＰＡＮ Ｆｅｎｇｄａｎ，ｅｔ ａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ ｇｒａｐｈｉｔｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ），２０１９，４０（２）：３６－４１．收稿日期：２０１８－０６－２２基金项目：国家自然科学基金项目（６１５０４０７３，５１６０２１６８）．作者简介：李龙飞（１９９３－），男，硕士研究生． ＊通信联系人．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ Ｃａｒｂｏｎ ＮｉｔｒｉｄｅＬＩ Ｌｏｎｇｆｅｉ，ＪＩＡＮＧ Ｄａｉｘｕｎ，ＰＡＮ Ｆｅｎｇｄａｎ，ＬＩＵ Ｋｕｏ，ＤＵ Ｆａｎｇｌｉｎ，ＱＵ Ｘｉａｏｆｅｉ，ＹＩＮ Ｚｈｅｎｇｍａｏ（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０４２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ａ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｇｒａｐｈｉｔｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ（ｇ－Ｃ３Ｎ４），ｉｔｓ ｂａｎｄ ｇａｐ ｉｓ ａ－ｂｏｕｔ ２．７ｅＶ．Ｗｉｔｈ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｇ－Ｃ３Ｎ４ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ“ｅａｒｔｈ－ａｂｕｎｄａｎｔ”ｎａｔｕｒｅ，ｎｏｎ－ｔｏｘｉｃ，ｃｈｅａｐ ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ，ｄｅｇｒａ－ｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｄｙｅｓ，ＣＯ２ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆｉｅｌｄｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｅｇ－ｒａｄａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｇ－Ｃ３Ｎ４ｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｙｅｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｎ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｇ－Ｃ３Ｎ４ｗａｓ ｍａｄｅ ｂｙ ｕｒｅａ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍ－ｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ Ｂ ｂｙ ｇ－Ｃ３Ｎ４ｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｙｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｍｅｔｈｙｌ ｏｒａｎｇｅａｎｄ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｌｕｅ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇ－Ｃ３Ｎ４ｈａｄ ｇｒｅａｔｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ Ｂ ａｎｄ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｌｕｅ（ａｌｍｏｓｔ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｄｅｇｒａｄｅｄｗｉｔｈｉｎ ３ｈ），ｂｕｔ ｌｉｔｔｌｅ ｅｆｆｅｃｔ ｆｏｒ ｍｅｔｈｙｌ ｏｒａｎｇｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａ－ｔｕｒｅ（ｂｅｌｏｗ ６００℃）ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ（ｗｉｔｈｉｎ ９ｈ），ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ 第２期 李龙飞等：石墨相氮化碳的制备与光催化性能ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｙｅ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｈａｓｅ ｎｉｔｒｉｄｅ；ｕｒｅａ；ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ 随着化石能源的枯竭和生态环境的破坏，能源短缺和环境污染问题引起了人们的高度重视。
非金属元素掺杂石墨相氮化碳光催化材料的研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 10 期非金属元素掺杂石墨相氮化碳光催化材料的研究进展宋亚丽1，李紫燕1，杨彩荣1，黄龙2，张宏忠1（1 郑州轻工业大学材料与化学工程学院，环境污染治理与生态修复河南省协同创新中心，河南 郑州 450001；2郑州大学生态与环境学院，河南 郑州 450001）摘要：石墨相氮化碳（g-C 3N 4）是一种非金属光催化材料，其具有制备成本低、制备过程简单、绿色、无二次污染、带隙能可调控、热稳定性高等特点，使其成为人们在能源与环境领域研究和关注的焦点。
然而，g-C 3N 4还存在比表面积小、禁带宽度较大、光生电子和空穴复合过快等缺点，限制了其发展。
非金属元素掺杂可以对g-C 3N 4进行改性以有效解决以上问题，使其带隙减小，拓宽光谱响应范围，抑制光生电子-空穴对的复合，提高光吸收能力，来提高其光催化性能。
本文对非金属元素掺杂g-C 3N 4的合成方法、应用等方面进行综述，从非金属单元素掺杂（单元素自掺杂和其他单元素掺杂）、非金属多元素共掺杂方面进行了总结。
最后指出了在非金属元素掺杂g-C 3N 4方面，仍需要关注g-C 3N 4产量偏低、可见光利用效率不足、回收较难等问题，并强调了非金属元素掺杂g-C 3N 4在治理环境污染和应对能源危机方面的重要作用。
关键词：石墨相氮化碳；非金属元素；掺杂改性；光催化性能中图分类号：TQ314.2 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）10-5299-11Research progress of non-metallic element doped graphitic carbonnitride photocatalytic materialsSONG Yali 1，LI Ziyan 1，YANG Cairong 1，HUANG Long 2，ZHANG Hongzhong 1(1 Henan Collaborative Innovation Center for Environmental Pollution Control and Ecological Restoration, College of Materials and Chemical Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450001, Henan, China;2College of Ecology and Environment, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, Henan, China)Abstract: Graphitic carbon nitride (g-C 3N 4) is a non-metallic photocatalytic material. It has the advantages of low cost, simple preparation process, green, no secondary pollution, adjustable band gap energy and high thermal stability. It has become the research hotspot in the field of energy and environment. However, g-C 3N 4 possesses the disadvantages of small specific surface area, large band gap and fast recombination rate of photogenerated electrons and holes, which limits its application. Non-metallic element doping can effectively solve the above problems by reducing the band gap, broadening the spectral response range, inhibiting the recombination of photogenerated electron-hole pairs and improving the light absorption capacity. In this work, the synthesis methods and application of non-metallic element doped g-C 3N 4 were reviewed. The non-metallic single element doping (single element self-doping and other single element doping) and non-metallic multi-element co -doping were综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2180收稿日期：2022-11-23；修改稿日期：2023-06-04。
氮化碳光催化迁移速率
氮化碳光催化迁移速率随着科技的不断发展，光催化技术在环境净化、能源转化和有机合成等领域中发挥着重要作用。
其中，氮化碳作为一种新型的光催化材料备受关注。
氮化碳具有优异的光吸收性能和良好的光催化活性，因此在光催化反应中具有广阔的应用前景。
光催化迁移速率是评价光催化反应效率的重要指标之一。
氮化碳的光催化迁移速率主要受到以下几个因素的影响。
光照条件是影响光催化迁移速率的关键因素之一。
光照强度和光照时间的增加可以提高光催化迁移速率。
光照强度的增加可以激发更多的电子和空穴，从而增加氮化碳表面的活性位点，促进反应的进行。
而光照时间的延长则可以提高光催化迁移速率的稳定性。
底物浓度对光催化迁移速率也有着重要影响。
底物浓度的增加可以提高光催化反应的速率，因为较高的底物浓度可以增加底物分子在氮化碳表面的吸附量，从而加快光催化迁移反应的进行。
氮化碳的晶体结构和表面形貌也对光催化迁移速率有一定的影响。
较大的比表面积和更多的晶体缺陷可以提高光催化迁移速率。
这是因为较大的比表面积可以提供更多的活性位点，而晶体缺陷则可以提供更多的吸附位点，从而增加反应的发生机会。
溶液pH值和温度也会对光催化迁移速率产生影响。
适当的pH值有助于提高光催化迁移速率，因为它可以调节底物分子的解离程度，从而影响光催化反应的进行。
而适宜的温度可以提高反应的速率，因为它可以增加分子的热运动，促进反应发生。
氮化碳光催化迁移速率受到多种因素的影响，包括光照条件、底物浓度、氮化碳的晶体结构和表面形貌、溶液pH值和温度等。
研究这些影响因素并优化它们，可以提高氮化碳的光催化迁移速率，进而推动光催化技术的发展，为环境净化、能源转化和有机合成等领域的应用提供更加可行和高效的解决方案。
氮化碳光催化nature
氮化碳光催化nature
1. 利用无金属的氮化碳进行光催化有机合成是一种可持续的策略。
研究表明，具有丰富的-NH2基团和正电荷表面的尿素衍生氮化碳催化剂可以与去质子化的阴离子中间体络合，并改善有机反应物在催化剂表面的吸附。
这种催化剂具有高活性和可重复使用性，可用于氮中心自由基的光催化环化，以合成多种药物相关化合物。
2. 氮化铟镓(InGaN)/氮化镓(GaN)纳米线(NW)光催化剂在商用硅片上可控生长，显示出较宽的可见光响应范围和适合于光催化裂解水的带边电位。
研究者报道了光催化裂解水在铑(Rh)/氧化铬(Cr2O3)/氧化钴(Co3O4)负载InGaN/GaN NWs上的反应机制和效率。
在最佳反应温度下，光催化裂解水的STH效率约为9.2%。
3. 有关共轭聚合物的晶体的面依赖性反应活性方面，目前尚不清楚。
然而，一项研究提供了关于晶体反应活性面的分子级洞察。
这项研究为进一步了解共轭聚合物的反应活性提供了重要的信息。
综上所述，氮化碳光催化在有机合成和水裂解方面具有潜在的应用前景。
然而，仍然需要进一步的研究来深入了解氮化碳光催化的机制和提高其效率。
1。
氮化碳基光催化材料的制备及性能
氮化碳基光催化材料的制备及性能一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严峻，寻找高效、清洁的能源转换和存储技术已成为科学研究的重点。
光催化技术作为一种能够利用太阳能进行化学反应的绿色环保技术，受到了广泛的关注。
氮化碳（C3N4）作为一种新型的非金属半导体光催化材料，因其独特的电子结构和良好的化学稳定性，在光催化领域展现出了巨大的应用潜力。
本文旨在深入探讨氮化碳基光催化材料的制备方法、表征手段以及其在光催化反应中的性能表现。
我们将首先介绍氮化碳的基本性质和研究背景，然后详细阐述各种制备氮化碳基光催化材料的方法，包括物理法、化学法以及新兴的模板法等。
随后，我们将通过一系列的实验数据和表征结果，分析氮化碳基光催化材料的结构、光学性质以及光催化性能。
我们将讨论氮化碳基光催化材料在实际应用中的前景和挑战，以期为未来光催化技术的发展提供有益的参考。
二、氮化碳基光催化材料的制备氮化碳（C3N4）作为一种非金属半导体光催化材料，在光催化领域展现出了巨大的应用潜力。
其独特的电子结构和稳定性使其成为光催化反应的理想选择。
氮化碳基光催化材料的制备过程通常包括前驱体的选择、热缩聚反应以及后续的改性处理等步骤。
选择合适的前驱体是制备氮化碳基光催化材料的关键。
常用的前驱体包括尿素、硫脲、三聚氰胺等富含碳、氮元素的有机物。
这些前驱体在热缩聚过程中能够发生缩聚反应，形成氮化碳的基本结构。
接下来，通过热缩聚反应将前驱体转化为氮化碳基光催化材料。
这一过程中，前驱体在高温下发生热解和缩聚，形成氮化碳的纳米结构。
通常，热缩聚反应需要在惰性气体保护下进行，以防止材料在制备过程中被氧化。
反应温度、时间和气氛等参数对氮化碳的结构和性能具有重要影响，因此需要进行精确控制。
为了进一步提高氮化碳基光催化材料的性能，还需要进行后续的改性处理。
常见的改性方法包括元素掺杂、表面修饰和构建复合结构等。
元素掺杂可以通过引入其他元素来调节氮化碳的电子结构和能带结构，从而提高其光催化活性。
氮化碳基光催化材料的制备及性能
氮化碳基光催化材料的制备及性能随着环境问题的日益严重，光催化技术作为一种绿色环保的能源转化和环境治理技术，越来越受到人们的。
光催化材料在光照条件下能够激发电子跃迁，将光能转化为化学能，从而实现污染物的降解和转化。
近年来，氮化碳基光催化材料因其优异的物理、化学性能而备受。
本文将介绍氮化碳基光催化材料的制备及性能，以期为未来的研究提供参考。
氮化碳基光催化材料的制备方法主要包括热解法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法等。
其中，热解法是最常用的制备方法之一，其工艺流程如下：准备原料：通常使用尿素、蔗糖等含氮化合物作为氮源，石墨炭、活性炭等作为碳源。
混合：将氮源和碳源按照一定比例混合，并加入适量的催化剂。
热解：将混合物在高温下进行热解，生成氮化碳基材料。
气氛控制：在热解过程中需要严格控制反应气氛，以避免材料被氧化或碳化。
收集：收集热解后的产物，并进行洗涤、干燥等处理。
通过调整原料比例、热解温度等参数，可以实现对氮化碳基光催化材料性能的调控。
实验过程中还需注意安全问题，避免高温和有害气体的危害。
氮化碳基光催化材料具有优异的光催化性能，其主要表现在以下几个方面：光催化活性：氮化碳基材料具有较高的光催化活性，能够降解多种有机污染物，如苯酚、染料、农药等。
稳定性：与其他光催化材料相比，氮化碳基材料具有较好的稳定性，能够在高温、强酸、强碱等恶劣环境下保持较高的活性。
耐久性：氮化碳基材料的耐久性较好，能够连续使用较长时间，具有较长的使用寿命。
氮化碳基光催化材料具有广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：环境污染治理：氮化碳基材料可以用于降解水中的有机污染物，净化水质。
同时，还可以用于空气净化，去除空气中的有害物质。
光电催化：光电催化是一种将太阳能转化为电能的光电转换技术。
氮化碳基材料具有较好的光电性能，可以用于光电催化电池的制作，提高太阳能的利用率。
传感器：氮化碳基材料可以用于制作传感器，检测环境中的有害物质，如甲醛、VOCs等。
氮化碳在光催化中的应用
28较高的要求将其安装在恒温实验室。
（6）纳氏试剂分光光度法适用范围少（生活饮用水和水源水），而气相分子吸收光谱法适用范围较宽广（地表水、地下水、海水、饮用水、生活污水及工业污水）。
【参考文献】[1] 国家环保局总局．水质、氨氮的测定、气相分子吸收光谱法（HJ/T 195-2005），2005年11月.[2] 中华人民共和国卫生部、中国国家标准化管理委员会.生活饮用水卫生标准、生活饮用水标准检验方法、无机非金属指标 氨氮、纳氏试剂分光光度法（GB/T5750.5-2006），2006年12月.1 引言随着社会的发展与进步，能源大量消耗和环境日益变差已成为了危害人类健康生活的两大难题。
阻止环境恶化和开发可再生的清洁能源对人民生活以及社会发展具有重大意义。
1972年F u j i s h i m a 课题组发现在紫外光照射下，T i O 2可以分解水制H 2，从此开启了半导体光催化领域的新纪元[1]。
此后，科研工作者们对于它极其的化学稳定性和低廉的价格给予了极大的关注[2]。
尽管T i O 2等在光催化领域有一些成就，但因其只能吸收紫外光，而无法利用可见光[3]。
金属及非金属参杂、贵重金属沉积、染料敏化、形成异质结,以及开发新型光催化等都是用来修饰T i O 2以提高光催化性能的方法，但仍达不到人们的预期成果。
最近报道的石墨氮化碳(g -C 3N 4)材料成为了热点光催化材料。
与T i O 2相比，g -C 3N 4具有合适的带宽（2.7e V），能吸收可见光、制备简单、物理化学性质稳定等特点。
g -C 3N 4已经在光解水制H 2、还原C O 2、催化N O 分解、降解有机污染物中的催化剂等方面表现出了极大潜力。
2 光解水制氢在可见光的作用下，通过水解反应是生产氢能的一个最佳途径。
g-C 3N 4由于其合适的带隙宽度（2.7eV），相应的光谱波长（460n m），独特的结构以及电子特性，使其具备异相光催化剂的所有先决条件。
氮化碳光催化nature
氮化碳光催化nature摘要：I.氮化碳的基本性质和光催化机理A.氮化碳的优点B.氮化碳的主要缺点C.光催化机理II.引入适量的氧原子提高氮化碳的光催化性能A.氧原子对氮化碳的影响B.提高光催化性能的原理C.实验方法III.发现的意义和潜在应用前景A.对光催化技术的发展的影响B.高效光催化材料的开发C.促进光催化技术的广泛应用正文：氮化碳（CN）是一种具有广泛应用前景的光催化材料，因为它在可见光区域具有很高的光催化活性。
然而，它的主要缺点是光生电子和空穴的复合速度非常快，这限制了其光催化性能。
为了解决这个问题，研究者们进行了大量的研究，包括使用不同的光源、添加助催化剂、改变载体表面性质等。
最近，一项发表在《Nature》上的研究表明，通过在氮化碳表面引入适量的氧原子，可以显著降低光生电子和空穴的复合速度，从而提高氮化碳的光催化性能。
这一发现为制备高效光催化材料提供了一个新的策略。
在这篇文章中，作者首先介绍了氮化碳的基本性质和光催化机理。
氮化碳具有在可见光区域很高的光催化活性，但是它的主要缺点是光生电子和空穴的复合速度非常快，这限制了其光催化性能。
光催化机理包括光生电子和空穴的产生、复合和转移等过程。
然后，作者详细描述了如何通过引入适量的氧原子来改变氮化碳的光催化性能。
他们发现，在氮化碳表面引入适量的氧原子可以显著降低光生电子和空穴的复合速度。
这是因为氧原子可以捕获电子，从而减少电子和空穴的复合机会。
这个发现为提高氮化碳的光催化性能提供了一个新的策略。
最后，作者讨论了这个发现的意义和潜在的应用前景。
这个发现可能会对光催化技术的发展产生重要影响，因为它提供了一种新的方法来提高氮化碳的光催化性能。
这可能会导致更高效的光催化材料的开发，从而促进光催化技术的广泛应用。
氮化碳光催化光降解详情解析
以三聚氰氯（C3Cl3N3）与叠氮钠（NaN3）为反应物，以四氯化碳为溶剂，容积率为50%，控制1.0℃·min-1的升温速率升至250℃，在水热合成釜中保温12h的工艺条件下，所制备的氮化碳（g-C3N4）
晶型较好，对紫外可见光吸收较好，降解苯酚能力较强。
光催化降解：通过紫外光或者其他光对光催化材料提供能量，受到光激发，价带上的电子获得光子的能量后跃迁至导带形成光生电子（e-），同时价带中形成相应的光生空穴（h+），e-、h+与反应体系中的O2和H2O2发生反应生成氧化性极强的氧负离子和羟基自由基，进攻苯酚的苯环，生成对苯二酚、邻苯二酚等，继续氧化，碳链断裂，直至被氧化为水、二氧化碳，达到降解的目的。
g-C3N4-250有更好的晶型，更高的结晶度，对苯酚的降解效果较好。
因为升高反应温度，1有利于提高晶粒结晶度，即衍射峰变尖，强度增大。
2有利于增大晶粒平均尺寸，即衍射峰强度增强，半峰宽减小。
一般的颗粒粒径越大，表面能越小，对紫外可见光吸收越差；结晶度越高对紫外可见光吸收越好。
在200-250℃范围内粒径变化较小，所以结晶状况是影响对紫外可见光吸收的主要因素。
升温速率越大，反应活性越大，晶体生长时间越短，晶体越小。
g-C3N4-0.1的降解能力最强，可能是由于，在较小的晶体中，光生电子和空穴迁移到表面的路径较短，发生光生电子和空穴复合的几率就会越小，进而讲解能力增强。
氮化碳光催化应用
氮化碳光催化应用
氮化碳光催化是一项新兴的技术，它可以将太阳能转化成可再生能源。
有了氮化碳光催化技术，利用太阳能可以帮助减轻现今全球正面临的环境污染问题。
氮化碳光催化的基本原理是将太阳光的激发能转化成化学装置的电子激发能。
氮化碳作为一种新型的非金属光催化剂，具有一系列的优点，如优异的光催化性能、低成本、良好的可塑性以及可调控的电化学性能。
在太阳光的照射下，氮化碳的电子会升级，从而产生高能的物质，使氮结合成各种有机化合物，从而转化太阳能为化学能，可以产生持久而稳定的能源。
另外，氮化碳光催化还可以用于水污染的处理，其原理是将太阳光能转换为电子能，从而活化水中的污染物，有效地去除水中的有毒有机物质。
该过程不产生二次污染，能够有效地降低水中有毒物质的浓度，对环境污染的清除有着十分显著的作用。
总的来说，氮化碳光催化是一种技术先进而有效的太阳能转化能源技术，它不仅可以有效地转化太阳能为可再生能源，而且还能有效地清除水污染，从而有助于改善环境污染状况。
氮化碳材料的光谱学分析及光催化性能研究
第３５卷，第１期 光谱学与光谱分析Vol .３５，No .１，pp ２４２-２４４２０１５年１月 Spectroscopy and Spectral Analysis January ，２０１５氮化碳材料的光谱学分析及光催化性能研究宋晓锋１，陶 红１*，陈 彪２，陈良霞１，李 亮１，孙 燕１，庞 涛１，王燕刚１１．上海理工大学环境与建筑学院，上海 ２０００９３２．上海松申水环境净化有限公司，上海 ２０１６１５摘 要 为克服光催化材料可见光利用效率低的缺陷，通过三聚氰胺高温缩聚的方法合成了石墨型氮化碳（g -C ３N ４）材料。
采用XRD ，SEM ，UV -Vis 技术对氮化碳材料的微观结构和光学性能进行了表征，并通过降解罗丹明B 溶液研究了缩聚温度和不同光源对光催化效率的影响。
结果表明，合成的氮化碳层片状结构保存良好，尽管材料表面在高温下断裂形成了不规则的块体颗粒；随着煅烧温度的升高，催化剂在紫外光和可见光部分的吸收都显著增强，这可能是由于材料表面的岩石状块体颗粒提高了材料的比表面积，同时降低了光的反射又提高了对光的吸收。
在罗丹明B 的光降解测试中，催化剂在可见光和太阳光照射下均表现出了良好的催化效果，缩聚温度为５８０℃时效果最好，分别为９４.８％（６０min ）和９１.１％（９０min ）。
该方法制备的石墨型氮化碳催化剂对利用清洁能源进行环境净化应用具有极大的潜在价值。
关键词 石墨型氮化碳；光催化；罗丹明B ；可见光和太阳光中图分类号：X ７０３ 文献标识码：A DOI ：１０.３９６４／j .issn .１０００-０５９３（２０１５）０１-０２４２-０３收稿日期：２０１３-１０-１１，修订日期：２０１４-０２-１０基金项目：污染控制与资源化研究国家重点实验室开放课题（PCRRF １２００５），国家自然科学基金项目（２１１０３０２４，２１１０３０２４），上海市科委地方院校能力建设项目（１２１６０５０２４００）和上海市科学技术委员会基础研究重点课题（１１JC １４０８７００）资助作者简介：宋晓锋，１９８８年生，上海理工大学环境与建筑学院硕士研究生 e -mail ：songxiaofengbl ＠y ahoo ．cn*通讯联系人 e -mail ：taohong ＠usst ．edu ．cn引 言近年来，太阳光作为一种清洁能源，在环境催化方面受到了广泛的研究和关注。
氮化碳聚合物半导体光催化
氮化碳聚合物半导体光催化一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严峻，寻找高效、环保的能源转换与存储技术已成为科研领域的重要任务。
在众多技术中，半导体光催化技术因其能够直接利用太阳能进行化学反应而备受关注。
氮化碳聚合物作为一种新型的非金属半导体材料，具有独特的电子结构和物理化学性质，其在光催化领域的应用潜力日益凸显。
本文将对氮化碳聚合物半导体光催化的研究现状、基本原理、应用领域以及未来发展方向进行全面概述，旨在为相关领域的研究者提供有益的参考和启示。
二、氮化碳聚合物半导体概述氮化碳（C3N4）作为一种新兴的半导体材料，近年来在光催化领域引起了广泛关注。
氮化碳聚合物不仅具有优异的化学稳定性、热稳定性以及良好的电子传输性能，而且其独特的电子结构和能带结构使其在光催化领域展现出巨大的应用潜力。
氮化碳聚合物半导体通常是由碳和氮元素通过特定的化学键合方式形成的聚合物网络结构。
这种材料结合了碳和氮两种元素的优点，既保留了碳材料的高导电性和化学稳定性，又利用了氮元素的独特电子特性，从而实现了在光催化反应中的高效电荷分离和传输。
在光催化过程中，氮化碳聚合物半导体能够吸收太阳光中的可见光部分，并通过激发电子从价带跃迁到导带，产生光生电子-空穴对。
这些光生电子-空穴对在催化剂表面发生氧化还原反应，从而驱动光催化反应的进行。
由于氮化碳聚合物半导体具有合适的能带结构和良好的电荷传输性能，因此能够有效地利用太阳光能，实现高效的光催化反应。
氮化碳聚合物半导体还可以通过调控其组成、结构和形貌等方式进一步优化其光催化性能。
例如，通过引入缺陷、掺杂其他元素或构建纳米结构等手段，可以调控氮化碳聚合物半导体的能带结构、光吸收性能和电荷传输性能，从而提高其光催化效率和稳定性。
氮化碳聚合物半导体作为一种新型的光催化材料，在光催化领域具有广阔的应用前景。
其独特的电子结构和能带结构、良好的化学稳定性和热稳定性以及优异的电荷传输性能使其成为光催化领域的研究热点之一。
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氮化碳光催化nature
摘要：
I.氮化碳的基本性质和光催化机理
A.氮化碳的优点
B.氮化碳的主要缺点
C.光催化机理
II.引入适量的氧原子提高氮化碳的光催化性能
A.氧原子对氮化碳的影响
B.提高光催化性能的原理
C.实验方法
III.发现的意义和潜在应用前景
A.对光催化技术的发展的影响
B.高效光催化材料的开发
C.促进光催化技术的广泛应用
正文：
氮化碳（CN）是一种具有广泛应用前景的光催化材料，因为它在可见光区域具有很高的光催化活性。
然而，它的主要缺点是光生电子和空穴的复合速度非常快，这限制了其光催化性能。
为了解决这个问题，研究者们进行了大量的研究，包括使用不同的光源、添加助催化剂、改变载体表面性质等。
最近，一项发表在《Nature》上的研究表明，通过在氮化碳表面引入适量的氧原子，可以显著降低光生电子和空穴的复合速度，从而提高氮化碳的光催
化性能。
这一发现为制备高效光催化材料提供了一个新的策略。
在这篇文章中，作者首先介绍了氮化碳的基本性质和光催化机理。
氮化碳具有在可见光区域很高的光催化活性，但是它的主要缺点是光生电子和空穴的复合速度非常快，这限制了其光催化性能。
光催化机理包括光生电子和空穴的产生、复合和转移等过程。
然后，作者详细描述了如何通过引入适量的氧原子来改变氮化碳的光催化性能。
他们发现，在氮化碳表面引入适量的氧原子可以显著降低光生电子和空穴的复合速度。
这是因为氧原子可以捕获电子，从而减少电子和空穴的复合机会。
这个发现为提高氮化碳的光催化性能提供了一个新的策略。
最后，作者讨论了这个发现的意义和潜在的应用前景。
这个发现可能会对光催化技术的发展产生重要影响，因为它提供了一种新的方法来提高氮化碳的光催化性能。
这可能会导致更高效的光催化材料的开发，从而促进光催化技术的广泛应用。