近日，我院李云鋒教授課題組在國際權(quán)威期刊《Advanced Science》 （中科院1區(qū)Top，IF：17.52）上發(fā)表題為“Preparation of structure vacancy defect modified diatomic-layered g-C3N4 nanosheet with enhanced photocatalytic performance”（Adv. Sci., 2023, DOI: 10.1002/advs.202302503）的研究工作，介紹了一種新型雙原子層結(jié)構(gòu)空位缺陷改性石墨相氮化碳高效光催化劑。該論文第一作者為我院2021級碩士研究生劉甜，通訊作者為李云鋒教授，西安工程大學(xué)為唯一通訊單位。
隨著人類社會的不斷發(fā)展，環(huán)境污染與能源短缺問題日益嚴(yán)重，光催化技術(shù)是解決這些問題的一個潛在方案。光催化技術(shù)的核心是光催化劑，迄今為止，人們已經(jīng)開發(fā)出多種光催化劑材料。石墨相氮化碳（g-C3N4）作為一種非金屬有機半導(dǎo)體光催化劑，因其具有制備簡單、帶隙合適、穩(wěn)定性良好等優(yōu)點，已被廣泛研究。然而，它固有的比表面積小、可見光吸收效率低、電荷再結(jié)合速度快等缺點，極大地限制了其光催化性能。在不引入其他物質(zhì)的情況下對g-C3N4進行結(jié)構(gòu)修飾引起了人們的極大關(guān)注。該工作在真空度為-0.098 Mpa的真空氣氛條件下通過熱-壓雙驅(qū)動對體相g-C3N4進行熱處理，合成了結(jié)構(gòu)空位缺陷改性的雙原子層狀g-C3N4納米片（VCN）。所制備的VCN具有大的比表面積和豐富的孔結(jié)構(gòu)，為催化反應(yīng)提供了更多的活性中心。同時，由于僅有兩個石墨相氮化碳原子層的超薄結(jié)構(gòu)（1.5 nm）導(dǎo)致轉(zhuǎn)移路徑極大縮短，光生電荷可迅速轉(zhuǎn)移到VCN表面。此外，缺陷能級緩解了由納米級g-C3N4量子尺寸效應(yīng)引起的帶隙增大的缺點，從而實現(xiàn)了良好的可見光利用。結(jié)果表明，VCN樣品在光催化制氫和抗生素的光降解方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。該工作證明了g-C3N4可通過結(jié)構(gòu)自修飾以提高其光催化性能，從而為未來解決能源危機和環(huán)境污染提供了新的策略。
本研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項目、陜西省重點研發(fā)計劃、陜西省教育廳科研計劃、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究面上項目等支持。
