鉴于通常制备的g-C3N4光生电荷复合率高、活性位点少、氧化能力差等问题，而且大多数g-C3N4只有在助催化剂和牺牲剂的共同作用下才能有效光催化析氢或CO2还原。因此，实现g-C3N4光催化全反应，仍然是一个很大的挑战。近日，中国空间技术研究院姜文君副教授、南京信息工程大学滕飞教授、西北工业大学杨勇教授团队，通过结构重构g-C3N4纳米片的方法，氮气气氛下简单煅烧硼氢化钠和g-C3N4纳米片，在保证g-C3N4的导带足够的还原驱动力同时，增强了g-C3N4的价带的氧化驱动力，最终实现了g-C3N4光催化全反应应用。与体相g-C3N和常规和g-C3N4纳米片比较，结构重整的碳氮烯（R-CNS-400）价带氧化电势明显增加，导带还原电势小幅降低，仍可有效还原CO2，从而实现碳氮烯光催化全反应应用；同时，结构重整的R-CNS-400载流子浓度比体相g-C3N4和g-C3N4纳米片，分别提高了15.6倍和10倍，高的载流子浓度，明显提高了电荷传输效率。
2、结构重整机理研究
g-C3N4骨架中的-NH2和-NH-基团，被硼氢化钠释放的氢还原为氨，并伴有=CH-基团和C-C键形成，重构了g-C3N4的内部结构。结构重构，导致更多C-C键形成，这有助于优化π-共轭庚嗪环骨架面内的电荷分离，电荷分离性能的显著改善。
▲图2.能带结构、差分电荷密度和CO2还原吉布斯自由能
3、结构重构g-C3N4的光催化性能研究
在没有任何助催化剂和牺牲剂的情况下，结构重构的g-C3N4上对CO选择性达98.9%，CO生成速率分别为体相g-C3N4和g-C3N4纳米片的10倍和3倍。R-CNS-400在实现高效还原CO2同时，协同实现了高选择性氧化苯甲醇为苯甲醛，苯甲醛选择性达99.3 %，苯甲醛产率达59.6 %，实现了g-C3N4光催化全反应。本文通过简单煅烧方法，成功地实现CNS的结构重构，实现了g-C3N4光催化全反应，在燃料和高附加值化学品生产方面，具有重要的前景。感谢国家自然科学基金(22002185)、南京龙山学者创新计划(20202511)、北京自然科学基金(2204100)、陕西省自然科学基金 (2020JQ-143)、国家重点研发计划 (2020YFA0710304)、民用航天技术研究项目(B0108)、中国空间技术研究院钱学森创新基金对本研究的支持。 Authors: Zailun Liu, Zejun Zhao, Wenjun Jiang*, ZiXiao Zhu, Yuhong Wang, Zhe Liu, Wenhao Gu, Yang Yang, Yong Yang*, Liwu Zhang, Wei Yao, FeiTeng*, 2021, 298, 120517.Title: Structural reconstruction of carbon nitride with tailored electronic structure: A bifunctional photocatalyst for cooperative artificial photosynthesis and selective phenylcarbinol oxidation Author links open overlay panelPublished in: Applied Catalysis B-Environmental, https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120517https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337321006433
