背景介绍
当前，能源短缺和环境污染已成为全球性危机，光催化技术被认为是能够解决能源短缺和环境污染问题的重要途径之一。近年来，石墨相氮化碳因其独特性质成为备受关注的光催化剂。然而，传统热合成得到的石墨相氮化碳由于结晶性差、比表面积低以及电荷载流子复合快等问题，限制了其催化性能。
高结晶氮化碳（CCN）具有高结晶度和长周期结构，能显著提高电荷迁移率、降低载流子复合概率、缩小了带隙并提升了光捕获效率，展现出更优的光催化活性，因此越来越受到人们的关注。催化剂的结构与催化性能具有重要联系，然而，氮化碳材料在高能电子束下结构不稳定性，这一定程度上限制了对CCN光催化机制的深入理解。本文探讨了（DPC）STEM技术的原理及其在CCN原子结构精确分析中的最新应用。此外，本文还总结了高结晶氮化碳的合成方法、光催化应用及研究中面临的挑战，旨在为基于CCN光催化剂的进一步发展提供重要的理论指导。
成果简介
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。本文探讨了基于CCN催化剂的合成方法、原子结构表征手段及其在光催化领域的应用进展。文章首先介绍了CCN的合成方法，重点讨论了熔融盐法（包括固体盐引导结晶法），并分析了熔融盐在合成过程中的重要作用。接着，文章从原子结构表征的角度，详细阐述了DPC-STEM技术的原理及其在CCN结构表征中的应用，这对深入理解CCN晶体的合成、结构和光催化性能及机理至关重要。同时，根据CCN的结构特征，将其分为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）以及具有三嗪环和七嗪环异质结的高结晶氮化碳（PTI/PHI）。本文系统分析了这三类CCN在光催化领域的应用，包括水分解、二氧化碳还原、储能、污染物降解及生物医药等。在总结现有研究的基础上，指出当前领域面临的潜在挑战，并对未来研究方向提出展望。力求阐明光催化体系中催化性能增强的规律性和特异性，并为高结晶氮化碳材料的精准开发策略提供指导，以助力未来的研究与应用。
图文导读
本文综述了高结晶氮化碳催化剂的最新进展，重点介绍了基于熔融盐的合成方法、原子结构表征手段、光催化的应用情况以及该催化剂研究中面临的挑战和未来展望。
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。
文章信息
Tan Y, Zhang Z, Pu Y, et al. Progress of crystalline carbon nitride in synthesis, atomic structure characterization and photocatalysis. Nano Research, 2024,https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907047.
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