石墨相氮化碳的改性及其在光催化析氢领域的最新进展

摘要

光催化分解水制氢是实现太阳能向氢能高效转化的绿色途径。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）因其独特的电子结构、优异的化学稳定性和良好的环境相容性，成为该领域的核心候选材料。然而，其光吸收范围局限于可见光短波区域、光生载流子复合率高和表面活性位点有限等固有缺陷，严重制约其催化性能的进一步提升。为突破上述瓶颈，研究者开发了多种改性策略：杂原子掺杂可调节电子结构并拓宽光吸收范围；表面官能团修饰能丰富活性位点并优化界面反应动力学；构建异质结可有效促进载流子分离；形貌工程（如制备中空纳米囊泡、二维纳米片等）可增大比表面积并缩短电荷传输距离；缺陷工程则能调控电荷分布与迁移行为。这些策略通过协同效应，显著提升了g-C₃N₄的光催化制氢活性与稳定性。未来研究需进一步探索多元改性技术的耦合机制，推动其在规模化制氢中的实际应用。

关键词

g-C₃N₄ / 改性策略 / 光催化析氢 / 研究展望

基金资助

国家重点研发计划项目(2022YFC3902703); 国家自然科学基金项目(52371227); 泰山学者青年人才计划项目(tsqn202408200); 湖北省自然科学基金项目(2024AFB890,2021CFB133); 湖北省教育厅科学研究计划青年人才项目(Q20241511)资助