g-C₃N₄的成分与能带的高温高压调控

碳、氮（C、N）元素都具有独特的成键能力，理论上可形成不同配比的、结构和性质迥异的C-N材料，但目前实验上报道合成的C-N材料主要是类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）。作为光催化剂中备受关注的焦点，g-C₃N₄展现出众多优点，如热稳定性和化学稳定性良好，无毒、来源丰富等。不足的是，其带隙（2.7eV）相对较宽，对可见光响应的范围较窄，严重限制了其光催化性能。因此人们致力于调控其能带结构，以期实现更优的光响应范围，但仍有很多难题有待解决。实验室姚明光教授和刘冰冰教授等人利用高温高压技术将氮缺陷引入g-C₃N₄层状结构，有效地减小了其带隙，将光的吸收延伸到了红光区，更重要的是光生载流子的分离效率提高了10²数量级。同时通过N含量的调控，还实现了C₂N/C₃N新材料的制备。相比于其它方法，高温高压作为“干净”的手段，在调控碳氮材料的结构和物性上有独特的优势，为C-N体系研究提供了新思路。该成果发表在Carbon, 130 (2018) 170-177.