石墨相氮化碳（以下简称GCN）光催化剂是光催化制氢领域的研究热点，目前已开发出多种策略（元素掺杂、共聚合、形貌调控、缺陷设计等）用于调控GCN的物理化学性质从而提高其光催化制氢性能。事实上，不同前驱体制备的GCN通常晶体结构相似但光催化性能差异很大，这是由于前驱体的分子结构类型决定了热聚合过程，并直接影响GCN产物的结晶性/聚合度、微纳结构、C/N比、光吸收性质等。因此，开发新的前驱体材料有望获得具有新颖结构和独特物理化学性质的GCN光催化剂，为光催化制氢性能的提升提供更多可能性。
西安交通大学郭烈锦院士团队师进文副教授等人以缩二脲作为前驱体制备了一种结构无序化的富氮缺陷的多孔新型氮化碳光催化剂，在420 nm处的光催化制氢量子效率达45.5%，优于其他常见前驱体制备的氮化碳光催化剂。相关结果发表在Carbon（DOI:10.1016/j.carbon.2021.05.030）上。
在目前已报道的GCN前驱体中，尿素通常被认为是制备高活性GCN制氢光催化剂的最佳选择。受尿素的分子结构和GCN制备的热聚合过程启发，发现尿素的衍生物—缩二脲，可能作为新的前驱体制备高效GCN光催化剂。该研究团队采用缩二脲在Ar气氛下经高温煅烧制备了一种新的GCN（以下简称BCN）。通过将BCN与其他常见前驱体（尿素、硫脲、双氰胺和三聚氰胺）在同样条件下制备的GCN（分别简称为UCN、TCN、DCN和MCN）进行系统地对比分析，发现BCN具有更高的结构无序化程度，且其结构中七嗪环被破坏产生大量氮缺陷（N空位）和氰基，从而构造了大量不饱和N活性位点。因此，所制备的BCN具有良好的可见光吸收能力、较大的比表面积、丰富的孔结构，以及优异的光生载流子分离和迁移能力。BCN独特的结构特点使其展现出显著优于其他g-CN的光催化制氢性能。该研究工作对高效GCN光催化剂的设计和开发提供了重要重要参考。
图1.（a, b）BCN, UCN, TCN, DCN和MCN的高分辨XPS图：（a）C 1s谱图，（b）N 1s谱图；（c, d）BCN, UCN, TCN, DCN和MCN 的XANES图：（c）C K-edge 谱图，（d）N K-edge谱图。
图2.（a）BCN的TEM图；（b）BCN+K2HPO4、BCN、UCN、TCN、DCN和MCN的可见光催化产氢速率柱状图；（c）BCN+K2HPO4的活性谱图；（d）BCN的可见光催化产氢稳定性测试曲线。
原文刊载于【InfoMat】公众号
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