高结晶氮化碳在合成、原子结构表征及光催化方面的研究进展
高结晶氮化碳在合成、原子结构表征及光催化方面的研究进展
随着能源短缺和环境污染问题日益严峻，光催化技术作为解决这些问题的重要途径之一，近年来备受关注。其中，高结晶氮化碳（CCN）作为一种前景广阔的半导体光催化剂，因其独特性质在光催化领域展现出显著应用潜力。本文综述了CCN的最新研究进展，重点介绍了其合成方法、原子结构表征手段、光催化应用情况以及未来研究方向。
CCN的合成方法
高结晶氮化碳（CCN）的合成方法多种多样，其中熔融盐法（包括固体盐引导结晶法）是目前研究最为广泛的合成方法之一。熔融盐在合成过程中扮演着重要角色，它不仅能提供高温环境，还能促进氮化碳的结晶过程，从而获得高结晶度的CCN。
原子结构表征手段
原子结构表征对于理解CCN的催化性能至关重要。其中，基于差分相位对比的扫描透射电子显微镜（DPC-STEM）技术在CCN的结构表征中展现出独特优势。DPC-STEM技术能够提供高分辨率的原子结构信息，有助于深入理解CCN的晶体结构及其与催化性能的关系。
CCN的分类与应用
根据CCN的结构特征，可以将其分为三类：
- 基于三嗪环的高结晶氮化碳（PTI）
- 基于七嗪环的高结晶氮化碳（PHI）
- 具有三嗪环和七嗪环异质结的高结晶氮化碳（PTI/PHI）
这三类CCN在光催化领域展现出广泛的应用前景，包括：
- 水分解：CCN能够高效催化水分解反应，产生氢气和氧气
- 二氧化碳还原：CCN在二氧化碳还原反应中表现出优异的催化性能
- 储能：CCN在电化学储能领域展现出潜在应用价值
- 污染物降解：CCN能够有效降解有机污染物，具有环境治理潜力
- 生物医药：CCN在生物医学领域的应用研究也取得了一定进展
面临的挑战与未来展望
尽管CCN在光催化领域展现出巨大潜力，但仍面临一些挑战：
- 结构稳定性问题：CCN在高能电子束下的结构不稳定性限制了对其光催化机制的深入理解
- 合成成本与效率：目前的合成方法存在成本高、效率低等问题
- 实际应用中的稳定性：CCN在实际应用中需要保持长期稳定性
未来研究方向：
- 开发新型合成方法，提高合成效率和降低成本
- 深入研究CCN的结构-性能关系，优化其催化性能
- 探索CCN在更多领域的应用潜力
作者简介
黄立民，南方科技大学教授、博士生导师，先后在复旦大学获得化学学士、硕士和博士学位。曾在美国哥伦比亚大学、纽约城市大学、加州大学河滨分校和复旦大学工作15年，2012年正式加入南方科技大学。研究方向侧重于纳米材料（包括复合氧化物纳米晶、纳米介电材料、分子筛和介孔材料、碳纳米材料、二维材料）的合成及其在介电储能、化学储能、催化（光电催化）和柔性可打印器件等方面的应用。目前已在Science、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Phys. Rev. Lett.等期刊发表论文140篇。其中，部分科研成果入选 IEEE 1906.1 国际标准，并曾被美国商业周刊、英国新科学家、科学美国人和麻省理工技术评论等杂志报道。此外，已有两项美国专利被企业使用。曾获得美国材料研究学会的最佳墙报奖（2007年）和上海市科学技术进步奖一等奖（2005年）等奖励。
孙宗招博士，临沂大学第七层次引进人才，主要从事新型纳米材料的设计合成及光催化机理探索与传感分析应用研究。在J. Mater. Chem. A、Chem. Eng. J.、Green Chem.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国际知名期刊发表论文40余篇。授权发明专利3项。主持完成山东省自然科学基金1项。