《工程科学学报》：光催化能源转换g-C3N4材料研究进展

《工程科学学报》录用稿，htps:/doi.org/10.13374/i,issn2095-9389.2021.09.01.001©北京科技大学2020 g-C3N,材料在光催化能源转换领域的新进展 赵梦迪，李永利⑧，王金淑区 新型功能材料教有部重点实验室，北京工业大学材料与制造学部，北京100124 ☒通信作者，E-mail:yl@bjut.edu.cn,wangjsh@bjut.edu.cn 摘要类石墨相氮化碳(g-CN4)作为当前光催化领域的热点材料，尽管在可观光响应范围和载流子的迁 移/分离方面不如人意，但其不含金属、稳定性好，结构易于调控等优点依然备受关注，尤其是近年来基 于g-CN的形貌与电子结构调控取得了大量的突破性进展。本文系统地综述了针对gCN,缺陷的不同改 性和优化方法，从形貌调控、结构优化、构建异质结三方面介绍了gC光催靴材料的最新研究进展，重 点阐述了针对改善光催化分解水效率的各种改性优化策略。以材料的维度尺寸作为切入点介绍了不同形貌 gCN,的制备方法，从摻杂与缺陷调控角度总结了g-CN,结构哈光生载流子分离以及催化性能的关系，并 且依据不同异质结类型归纳了g-CN:基光催化材料体系，最后/ 对g-CN:基光催化材料今后的发展与面 临的挑战进行了展望和总结。 关键词类石墨相氮化碳(gCN4):形貌调控： 结构@： 绿质结构建：光催化析氢 分类号TG142.71 Recent progress of g-C3N4-based photocatalytic materials on solar energy conversion ZHAO meng-di,LI yong-li WANG jin-shu Key Laboratory of Advanced Functional Materials,Faculty of Materials and Manufacturing,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China ✉Corresp mail:lyl@bjut.edu.cn,wangjsh@bjut.edu.cn ABSTRACT With the increasing consumption of fossil fuels,serious energy shortage and environmental issues are fast approaching,therefore,development of green energy resources rather than fossil ones is urgently appealed. Among them,sunlight-driven production of hydrogen fuel with suitable photocatalysts is regarded as one of the potential strategies to meet the sustainable energy demand in the future.However,photocatalysis still faces the significant uncertainties mainly because of the notorious photogenerated electron-hole (e-h)recombination and low carriers'mobility.To achieve higher photocatalytic performance,it is highly essential to tailor the spatial

g-C3N4材料在光催化能源转换领域的新进展 赵梦迪，李永利，王金淑 新型功能材料教育部重点实验室，北京工业大学材料与制造学部，北京 100124  通信作者，E-mail: lyl@bjut.edu.cn, wangjsh@bjut.edu.cn 摘 要 类石墨相氮化碳（g-C3N4）作为当前光催化领域的热点材料，尽管在可见光响应范围和载流子的迁 移/分离方面不如人意，但其不含金属、稳定性好，结构易于调控等优点依然备受关注，尤其是近年来基 于 g-C3N4的形貌与电子结构调控取得了大量的突破性进展。本文系统地综述了针对 g-C3N4缺陷的不同改 性和优化方法，从形貌调控、结构优化、构建异质结三方面介绍了 g-C3N4光催化材料的最新研究进展，重 点阐述了针对改善光催化分解水效率的各种改性优化策略。以材料的维度尺寸作为切入点介绍了不同形貌 g-C3N4的制备方法，从掺杂与缺陷调控角度总结了 g-C3N4结构与光生载流子分离以及催化性能的关系，并 且依据不同异质结类型归纳了 g-C3N4基光催化材料体系。最后，对 g-C3N4基光催化材料今后的发展与面 临的挑战进行了展望和总结。 关键词 类石墨相氮化碳（g-C3N4）；形貌调控；结构优化；异质结构建；光催化析氢 分类号 TG142.71 Recent progress of g-C3N4-based photocatalytic materials on solar energy conversion ZHAO meng-di, LI yong-li, WANG jin-shu Key Laboratory of Advanced Functional Materials, Faculty of Materials and Manufacturing, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China  Corresponding author, E-mail: lyl@bjut.edu.cn, wangjsh@bjut.edu.cn ABSTRACT With the increasing consumption of fossil fuels, serious energy shortage and environmental issues are fast approaching, therefore, development of green energy resources rather than fossil ones is urgently appealed. Among them, sunlight-driven production of hydrogen fuel with suitable photocatalysts is regarded as one of the potential strategies to meet the sustainable energy demand in the future. However, photocatalysis still faces the significant uncertainties mainly because of the notorious photogenerated electron-hole (e-h) recombination and low carriers’ mobility. To achieve higher photocatalytic performance, it is highly essential to tailor the spatial 《工程科学学报》录用稿，https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.01.001 ©北京科技大学 2020 录用稿件，非最终出版稿

charge separation and fast charge transfer via electronic and structural manipulation of the photocatalysts.As one of the hot-spot photocatalysts,graphitic phase carbon nitride (g-CN)has received tremendous attention in the research of solar-to-fuel (STF)conversion and carbon dioxide reduction reactions(CORR),owing to the intrinsic merits such as metal-free components,low cost resources,good stability and visible light response.Recently,much progress has been achieved to improve the photocatalytic STF efficiency of g-CN-based materials by developing strategies of structures and electric configurations engineering.In this paper,different modification methods for g- CN were systematically reviewed from the perspective of defects control in order to provide a new understanding on its structure-function relationship.Particularly,this paper was composed in detail from three aspects to demonstrate the latest research progress of g-C:N photocatalytic materials.The first luced the routes toward g-CiN,with different shapes,including ID,2D and 3D.In the second effects of doping and defects control on the separation and transfer of photogenerated electron-hole pairs were carefully reviewed.In the final part,heterojunctions based on g-C3Na were summarized Z-scheme heterojunction was highlighted.In addition,some future directions and challenges enba cement of photocatalytic efficiency upon g-CNa were pointed out,according to our understanding on photocatalytic water splitting KEY WORDS Graphitic phase carbon nitride(g-C:Na);morphological control;structural engineering; heterojunction construction;photocatalytic hydrogen eyolution 经历一百多年的加速发展，全球社会建立在化石燃料之上的工业化和现代化引发了大 量的环境污染和气候问题，寻我清洁和可再生能源替代品，降低CO2排放已成为可持续发 展的共识。在各种可再生能源中，太阳能因其清洁、无限储量而备受关注，被认为是解 决这一全球性问题的跳实际上，地球表面每小时接受的太阳辐射能量便可以满足全 球一年的能源需求，将低通量的太阳光转换为高密度的电能或者化学能是太阳能利用的 有效途径，光伏辅锄电解、PVE)、光电化学(PEC)电池和光催化是目前太阳能转换系 统的三种主要类型，)在这些技术中，光催化技术已成为将太阳能转化为化学能源最具吸 引力的方法之一可并在水分解、CO2能源化、固氮、绿色有机合成以及高级氧化领域有着 巨大的应潜虽然光催化技术在近年来突飞猛进，但目前已知的光催化性能在整体上 仍低于商亚应用的水平0。因此，寻找坚固、稳定的太阳能驱动光催化剂作为提高催化 效率的核心显得尤为重要。 自1972年Fujishima开创性地发现在紫外光作用下可以利用TiO2将水分解成氢气和 氧气的现象，随后ZnOI、BiOBrl16、CaNio,刀、CdS8、Cu2MoS,I、BiVO,Po等多种潜 在的具有紫外和可见光活性的光催化材料被广泛研究。尽管此后光催化材料研究取得了无 数进展，但仍没能寻找到一种能够满足所有要求，包括无毒、高效、化学稳定性高、成本 效益好、性能优异等的商业化光催化剂。 2009年，Wang等首次报道了二维(2D)非金属半导体类石墨相氮化碳（g-CN4) 能够在可见光下分解水制氢气。自此，g-CN4成为光催化剂的热门研究对象，并不断取得

charge separation and fast charge transfer via electronic and structural manipulation of the photocatalysts. As one of the hot-spot photocatalysts, graphitic phase carbon nitride (g-C3N4) has received tremendous attention in the research of solar-to-fuel (STF) conversion and carbon dioxide reduction reactions (CO2RR), owing to the intrinsic merits such as metal-free components, low cost resources, good stability and visible light response. Recently, much progress has been achieved to improve the photocatalytic STF efficiency of g-C3N4-based materials by developing strategies of structures and electric configurations engineering. In this paper, different modification methods for g￾C3N4 were systematically reviewed from the perspective of defects control in order to provide a new understanding on its structure-function relationship. Particularly, this paper was composed in detail from three aspects to demonstrate the latest research progress of g-C3N4 photocatalytic materials. The first part introduced the routes toward g-C3N4 with different shapes, including 1D, 2D and 3D. In the second part, the effects of doping and defects control on the separation and transfer of photogenerated electron-hole pairs were carefully reviewed. In the final part, heterojunctions based on g-C3N4 were summarized, in which the Z-scheme heterojunction was highlighted. In addition, some future directions and challenges for the enhancement of photocatalytic efficiency upon g-C3N4 were pointed out, according to our understanding on photocatalytic water splitting. KEY WORDS Graphitic phase carbon nitride (g-C3N4); morphological control; structural engineering; heterojunction construction; photocatalytic hydrogen evolution 经历一百多年的加速发展，全球社会建立在化石燃料之上的工业化和现代化引发了大 量的环境污染和气候问题，寻找清洁和可再生能源替代品，降低 CO2排放已成为可持续发 展的共识[1,2]。在各种可再生能源中，太阳能因其清洁、无限储量而备受关注，被认为是解 决这一全球性问题的良方[3]。实际上，地球表面每小时接受的太阳辐射能量便可以满足全 球一年的能源需求[4]。将低通量的太阳光转换为高密度的电能或者化学能是太阳能利用的 有效途径，光伏辅助电解（PVE）、光电化学（PEC）电池和光催化是目前太阳能转换系 统的三种主要类型[5-8]，在这些技术中，光催化技术已成为将太阳能转化为化学能源最具吸 引力的方法之一[9]，并在水分解、CO2能源化、固氮、绿色有机合成以及高级氧化领域有着 巨大的应用潜力。虽然光催化技术在近年来突飞猛进，但目前已知的光催化性能在整体上 仍低于商业应用的水平[10-13]。因此，寻找坚固、稳定的太阳能驱动光催化剂作为提高催化 效率的核心显得尤为重要。 自 1972 年 Fujishima[14]开创性地发现在紫外光作用下可以利用 TiO2将水分解成氢气和 氧气的现象，随后 ZnO[15]、BiOBr[16]、CaNiO3 [17]、CdS[18]、Cu2MoS4 [19]、BiVO4 [20]等多种潜 在的具有紫外和可见光活性的光催化材料被广泛研究。尽管此后光催化材料研究取得了无 数进展，但仍没能寻找到一种能够满足所有要求，包括无毒、高效、化学稳定性高、成本 效益好、性能优异等的商业化光催化剂[21]。 2009 年，Wang 等[22]首次报道了二维（2D）非金属半导体类石墨相氮化碳（g-C3N4） 能够在可见光下分解水制氢气。自此，g-C3N4成为光催化剂的热门研究对象，并不断取得 录用稿件，非最终出版稿

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

一维结构的g-CN纳米管或纳米棒，有利于光生电子空穴对沿轴向定向传输和分离， 从而能够达到优化g-CN4光催化活性的目的7,38。g-CN4纳米管、纳米棒的形貌和结构有 各种不同的样式，因此其制备方式也多种多样。BezawitZ等B采用水热法合成g-CN4纳米 棒，在催化OER中表现出高的活性和稳定性。其高催化性能主要是由于其一维形貌和氧化 吡啶N的存在而暴露出大量的活性位点，增加了电化学活性表面积和电荷转移效率。Zeng 等s通过直接加热含水三聚氰胺纳米纤维，合成具有氧掺杂的多孔g-CN纳米棒。能够同 时实现光催化污染物降解和析氢。Mo等4以三聚氰胺为前驱体通过无模板水热辅助热聚合 方法合成出含有丰富氮缺陷的g-CN纳米管，如图2所示。管状结构与氮缺陷的协同作用 一方面暴露出更多的活性位点，另一方面增强了光吸收并促进光生电子空穴的有效分离， 具有优异的析氢活性。Zho等以三聚氰胺甲醛(MF)树脂与尿素共聚，制备出一种多 级管状g-CN4。这种特殊的多级管状结构有利于电荷迁移和光生载流子分离 其可见光析 氢速率提高6.05倍，达到约75.05mol:hg。 C ON 0。H hydrosen control bond molecular self-assembly (c) cyanuric acid alcination melamine supramolecular intermediate g-CyN nanotubes 圆2g-CN纳米管的形成过程4 Fig.2 Formation process of g-CN nanotubestu L加到等借鉴了竹节状C心刹备思路4，采用一步固相反应法合成超长竹结构碳纳米 管CNCNT,并将其与gC复合，实现了光催化析氢(STH)活性的大幅提高。而且这 种g-CN4/CNCNT能够实现逃催化整体分解水，析氢速率可达92.3molg。此外，离子液 体作为溶剂和软模板也被用到调控g-CN,的结构和形貌，通过改变离子液体的浓度和种类， 在较低温度下以得到具有开放式管状结构的分层多孔g-CN啊。 1.3二维g-C3NX> 超薄的维gCN,纳米片可以借助化学氧化剥离61、热剥离或模板法481等各种方法 获得，而剥离后的纳米片能够有效缩短光生载流子从体相迁移到表面的距离，同时由于 “量子限域效应”使得带隙变宽，提高了载流子的氧化/还原能力，2Dg-CN纳米片展现 出显著优于体相g-CN的光催化性能49，s0,因而得到了广泛的关注

一维结构的 g-C3N4纳米管或纳米棒，有利于光生电子空穴对沿轴向定向传输和分离， 从而能够达到优化 g-C3N4光催化活性的目的[37,38]。g-C3N4纳米管、纳米棒的形貌和结构有 各种不同的样式，因此其制备方式也多种多样。Bezawit Z 等[39]采用水热法合成 g-C3N4纳米 棒，在催化 OER 中表现出高的活性和稳定性。其高催化性能主要是由于其一维形貌和氧化 吡啶 N 的存在而暴露出大量的活性位点，增加了电化学活性表面积和电荷转移效率。Zeng 等[40]通过直接加热含水三聚氰胺纳米纤维，合成具有氧掺杂的多孔 g-C3N4纳米棒。能够同 时实现光催化污染物降解和析氢。Mo 等[41]以三聚氰胺为前驱体通过无模板水热辅助热聚合 方法合成出含有丰富氮缺陷的 g-C3N4纳米管，如图 2 所示。管状结构与氮缺陷的协同作用 一方面暴露出更多的活性位点，另一方面增强了光吸收并促进光生电子空穴的有效分离， 具有优异的析氢活性。Zhao 等[42]以三聚氰胺甲醛（MF）树脂与尿素共聚，制备出一种多 级管状 g-C3N4。这种特殊的多级管状结构有利于电荷迁移和光生载流子分离，其可见光析 氢速率提高 6.05 倍，达到约 75.05 μmol·h-1·g-1。 图 2 g-C3N4纳米管的形成过程[41] Fig.2 Formation process of g-C3N4 nanotubes[41] Liu[43]等借鉴了竹节状 CNTs 制备思路[44]，采用一步固相反应法合成超长竹结构碳纳米 管 CNCNT，并将其与 g-C3N4复合，实现了光催化析氢（STH）活性的大幅提高。而且这 种 g-C3N4/CNCNT 能够实现光催化整体分解水，析氢速率可达 92.3 μmol·g-1。此外，离子液 体作为溶剂和软模板也被用到调控 g-C3N4的结构和形貌，通过改变离子液体的浓度和种类， 在较低温度下可以得到具有开放式管状结构的分层多孔 g-C3N4 [45]。 1.3二维 g-C3N4 超薄的二维 g-C3N4纳米片可以借助化学氧化剥离[46]、热剥离[47]或模板法[48]等各种方法 获得，而剥离后的纳米片能够有效缩短光生载流子从体相迁移到表面的距离， 同时由于 “量子限域效应”使得带隙变宽，提高了载流子的氧化/还原能力，2D g-C3N4纳米片展现 出显著优于体相录用稿件，非最终出版稿 g-C3N4的光催化性能[49,50]，因而得到了广泛的关注

um 圆3(a)二维氮化碳(550C,2h)的SEM形貌： (b-g N在不同保温时间下550C热处理制得 g-CN的SEM形貌(b:0h;c:0.5h,d:1h,e:1.5h,f,2hgg25h) (h-i)550C保温1.5h后制得g-CN4 的SEM和TE形镜阿 Fig.3 (a)SEM images of two-dimensional carbon hitfide(550C.2 h);(b-g)SEM images of g-CN prepared by heat treatment of CN at 550 C for different holding time (b:0 h;c:0.5 h;d:I h;e:1.5 h;f,2 h;g:2.5 h);(h-i) SEM and TEM images of g-CNprepared by CN at 550C for 1.5 hl5 Lis等通过简单的一步溶剂热法喻成出一种新颖的具有开放式鱼鳞结构的g-CN:纳米 片。研究表明，光生电子沿平方向选择性地迁移到鱼鳞薄片的边缘，从而在光催化析氢 过程中电荷分离效率得以提升。Yùan等5采用超声辅助液相剥离的方法制备了具有高比表 面积且高结晶度的gC纳米片，并将其用于构建2D-2 D MoS2/g-CN4二维超薄异质结构， 表现出优异的可见光析隐速率(1155 molhg)。Zhao等s1采用溶剂热法对前驱体进行 预处理，获得不同形貌的g-C3N4(图3)，其中梳状纳米片析氢效率最佳(1325.1 umol-h g')】。Li等通过利用聚合片层单元的自修饰，在空气和N,气氛中连续热处理g-CN4制 备出富碳gN,纳米片(CNSC)。制备的CNSC保留了纳米片的优良特性，同时克服了 量子尺效应引起带隙增大的缺点，从而增强可见光的利用和光诱导的电子离域能力，析 氢速率得到显著改善。 1.4三维多孔g-CgN4 与零维、一维和二维结构相比，三维(3D)多孔骨架同样可以提供高的比表面积与活 性位点数量，增加多维度传质通道并提高催化剂的可重复利用性5。 L山等采用冷淬火工艺，在不使用任何添加剂和模板剂的情况下，制备出具由互连纳 米卷构成的分级三维多孔g-CN4,g-CN,纳米卷的互联多孔结构可以实现基于多重反射效 应起的光吸收，从而提高载流子迁移率并延长载流子寿命（图4）

图 3 （a）二维氮化碳（550 , 2 h ℃ ）的 SEM 形貌；（b-g）CN 在不同保温时间下 550 ℃热处理制得 g-C3N4的 SEM 形貌（b: 0 h; c: 0.5 h; d: 1 h; e: 1.5 h; f, 2 h; g: 2.5 h）；（h-i）550 ℃保温 1.5 h 后制得 g-C3N4 的 SEM 和 TEM 形貌[53] Fig.3 (a) SEM images of two-dimensional carbon nitride(550 , 2 h); (b-g) SEM images of g-C ℃ 3N4 prepared by heat treatment of CN at 550 for different holding time (b: 0 h; c: 0.5 h; d: 1 h; e: 1.5 h; f, 2 h; g: 2.5 h); (h-i) ℃ SEM and TEM images of g-C3N4 prepared by CN at 550 for 1.5 h ℃ [53] Lin[51]等通过简单的一步溶剂热法合成出一种新颖的具有开放式鱼鳞结构的 g-C3N4纳米 片。研究表明，光生电子沿平坦方向选择性地迁移到鱼鳞薄片的边缘，从而在光催化析氢 过程中电荷分离效率得以提升。Yuan 等[52]采用超声辅助液相剥离的方法制备了具有高比表 面积且高结晶度的 g-C3N4纳米片，并将其用于构建 2D-2D MoS2/g-C3N4二维超薄异质结构， 表现出优异的可见光析氢速率（1155 μmol·h -1·g -1）。Zhao 等[53]采用溶剂热法对前驱体进行 预处理，获得不同形貌的 g-C3N4（图 3），其中梳状纳米片析氢效率最佳（1325.1 μmol·h - 1 ·g -1）。Li 等[54]通过利用聚合片层单元的自修饰，在空气和 N2气氛中连续热处理 g-C3N4制 备出富碳 g-C3N4纳米片（CNSC）。制备的 CNSC 保留了纳米片的优良特性，同时克服了 量子尺寸效应引起带隙增大的缺点，从而增强可见光的利用和光诱导的电子离域能力，析 氢速率得到显著改善。 1.4三维多孔 g-C3N4 与零维、一维和二维结构相比，三维（3D）多孔骨架同样可以提供高的比表面积与活 性位点数量，增加多维度传质通道并提高催化剂的可重复利用性[55]。 Liu 等[56]采用冷淬火工艺，在不使用任何添加剂和模板剂的情况下，制备出具由互连纳 米卷构成的分级三维多孔 g-C3N4，g-C3N4纳米卷的互联多孔结构可以实现基于多重反射效 应引起的光吸收，从而提高载流子迁移率并延长载流子寿命（图 4）。 录用稿件，非最终出版稿