突破2。与TiO2等金属氧化物半导体材料相比，g-CN4具有优异的能带结构，2.7cV的带 隙使其吸收边延伸至可见光区，加之优异的化学稳定性和热稳定性，在能源和环境科学领 域具有广阔的前景421。不仅如此，g-CN4制备简单、容易获得，可以由低成本的富氮氯前 驱体如尿素、三聚氰胺、硫脲等直接热聚合而成P。但是简单制备的g-CN往往受到比表 面积低、光生载流子复合率高、可见光响应范围较窄以及电荷迁移能力低等限制，导致其 光催化性能难如人意，2。因此，对g-CN进行组成和结构优化以提升光能-化学能转换效 率便成为近年来的主旋律。本文以g-CN4基光催化材料的可控制备作为切入点，从形貌调 控，结构优化和异质结构建三个方面介绍g-CN制备新方法和研究进展，最后，总结和探 讨g-CN4基光催化剂仍然面临的挑战和未来的发展前景。 1形貌调控 在g-CN,制备过程中，前驱体分子发生复杂的聚合、分解反应，产物的层闯氢键作用 导致紧密堆叠，比表面积小，催化性能较差。通过适当改变反应条件和前驱体来调控g CN,的微观形貌，不仅能影响光吸收效率，而且有利于提高比表面积增加活性位点暴露 等2,0。与体相g-CN,相比，低维g-CN能够提供更多的活性位点更大的比表面积、更 快的载流子分离速率以及更短的电子传输路径等优势川。 1.1零维g-CN4 零维氮化碳主要指氮化碳量子点，能够暴露更多的俱有催化活性的吡啶N、石墨N和 边缘氨基四，光吸收范围可以从可见区域覆盖到近外QR)区域B,使其具有更好的 光催化性能。Zhou等B采用溶剂热法制备出g-CN4量子点(CNQDs)修饰的g CN:(CNQDs/CN)。制得的CNQDs/CN具有好的光吸收能力、更高的电荷分离效率以 及优异的光催化活性。Zhengl35等通过自组装方法制备了一种新颖的CNQDs与二维超薄卟 啉MOF(PMOF)配位杂化光催化剂，PMOC和CNQDs的二维超薄特性促进了g-CNQDs 与PMOF中卟啉C0中心的直接配位相互作用，使得光生载流子有效分离，激发电子有效 注入Co中心将CO2分子还原为CH,获得了更高的CO2RR效率（图1）。Zhou等B6采用 简单的混合法和热处理法成功制备CNQDs负载锐钛矿型TO2和金红石型TO2三元复合材 料(oD/OD QCN/a-TiOr-TiO/T-Ⅱ)，其独特的OD/OD结构可以缩短有效电荷的转移路 径，从而使可见光催化析氢速率49.3 umol-h)较P25提高11.7倍。 Active Co center of PMOF f o CO. co (1) g-CNQDs/PMOF g-CNQDs CHa co 圈1OD2Dg-CNQDs/PMOF光催化还原二氧化碳生成CH,过程示意图阿 Fig.1 Schematic diagram of 0D/2D g-CNQDs/PMOF photocatalytic reduction of carbon dioxide to CHaBs 1.2一维g-CN4突破[23]。与 TiO2等金属氧化物半导体材料相比，g-C3N4具有优异的能带结构，2.7 eV 的带 隙使其吸收边延伸至可见光区，加之优异的化学稳定性和热稳定性，在能源和环境科学领 域具有广阔的前景[24,25]。不仅如此，g-C3N4制备简单、容易获得，可以由低成本的富氮前 驱体如尿素、三聚氰胺、硫脲等直接热聚合而成[26]。但是简单制备的 g-C3N4往往受到比表 面积低、光生载流子复合率高、可见光响应范围较窄以及电荷迁移能力低等限制，导致其 光催化性能难如人意[27,28]。因此，对 g-C3N4进行组成和结构优化以提升光能-化学能转换效 率便成为近年来的主旋律。本文以 g-C3N4基光催化材料的可控制备作为切入点，从形貌调 控，结构优化和异质结构建三个方面介绍 g-C3N4制备新方法和研究进展，最后，总结和探 讨 g-C3N4基光催化剂仍然面临的挑战和未来的发展前景。 1 形貌调控 在 g-C3N4制备过程中，前驱体分子发生复杂的聚合、分解反应，产物的层间氢键作用 导致紧密堆叠，比表面积小，催化性能较差。通过适当改变反应条件和前驱体来调控 g￾C3N4的微观形貌，不仅能影响光吸收效率，而且有利于提高比表面积、增加活性位点暴露 等[29,30]。与体相 g-C3N4相比，低维 g-C3N4能够提供更多的活性位点、更大的比表面积、更 快的载流子分离速率以及更短的电子传输路径等优势[31]。 1.1 零维 g-C3N4 零维氮化碳主要指氮化碳量子点，能够暴露更多的具有催化活性的吡啶 N、石墨 N 和 边缘氨基[32]，光吸收范围可以从可见区域覆盖到近红外（NIR）区域[33]，使其具有更好的 光 催 化 性 能 。 Zhou 等 [34] 采 用 溶 剂 热 法 制 备 出 g-C3N4 量 子 点 （ CNQDs ） 修 饰 的 g￾C3N4（CNQDs/CN）。制得的 CNQDs/CN 具有更好的光吸收能力、更高的电荷分离效率以 及优异的光催化活性。Zheng[35]等通过自组装方法制备了一种新颖的 CNQDs 与二维超薄卟 啉 MOF（PMOF）配位杂化光催化剂，PMOF 和 CNQDs 的二维超薄特性促进了 g-CNQDs 与 PMOF 中卟啉 Co 中心的直接配位相互作用，使得光生载流子有效分离，激发电子有效 注入 Co 中心将 CO2分子还原为 CH4，获得了更高的 CO2RR 效率（图 1）。Zhou 等[36]采用 简单的混合法和热处理法成功制备 CNQDs 负载锐钛矿型 TiO2和金红石型 TiO2三元复合材 料（0D/0D QCN/a-TiO2/r-TiO2/T- /T- Ⅱ Ⅱ），其独特的 0D/0D 结构可以缩短有效电荷的转移路 径，从而使可见光催化析氢速率（49.3 μmol·h -1）较 P25 提高 11.7 倍。 图 1 0D/2D g-CNQDs/PMOF 光催化还原二氧化碳生成 CH4过程示意图[35] Fig.1 Schematic diagram of 0D/2D g-CNQDs/PMOF photocatalytic reduction of carbon dioxide to CH4 [35] 1.2 一维 g-C3N4 录用稿件，非最终出版稿