近几年，随着碳中和的理念提出，绿色氢能变得越来越重要。光催化水裂解已成为将太阳能转化为高能量密度的可再生氢能源的竞争性战略。氮化碳具有热稳定性、生产成本低、结构可调控等优点，在光催化领域中具有很大的吸引力。

   然而，当光吸收波段延伸到可见光甚至近红外区域时，单线态Frenkel激子的库仑力升高会抑制光生载流子的分离，因此在可见光范围内光催化活性并不能令人满意。缩小半导体带隙将增强光致电子与空穴之间的库仑相互作用，从而降低解离效率，同时增加激子复合的概率。我们通过溶液热冲击的方法，实现了在介孔氮化碳中引入富π电子畴和极化羟基单元来克服这一矛盾。富π电子畴可以使导带边缘向下移动，增加了光吸收范围，有助于最低未占据分子轨道的光生电子和最高已占据分子轨道上的空穴的空间分离。另外，极化的羟基单元能诱导光生电子从内部向外部转移，增强氮化碳对水的吸附和质子还原能力。调控后的氮化碳与通过传统策略制备的热处理后的氮化碳相比，光催化性能提高了17.5倍。

本项工作的研究要点：

 1. 我们提出了热液热冲击的策略，以制备碳掺杂和羟基化共修饰的介孔氮化碳。溶液热冲击，水的快速蒸发，可以使大量的孔留在氮化碳上，可使氮化碳边缘上修饰羟基；同时溶液热冲击可以避免不同组分的前驱体分相以及烧结分解温度的不匹配。通过对尿素和葡萄糖的水溶液的热冲击，可以在介孔氮化碳上修饰碳掺杂和羟基。

2.  从催化性能结果看，tsCN-20样品的催化性能最好，其制氢活性较热处理的体相g-C3N4提高17.5倍。这可能就是多孔，碳掺杂以及羟基官能团的协同促进作用。介孔结构可以赋予氮化碳具有较大的比表面积、较多的反应位点和较短的光生电子从内部向边缘转移的扩散路径；富π电子畴可以大大降低氮化碳的电荷转移阻力，增强光激发空穴与电子的空间分离；羟基有助于光诱导载流子的分离和转移，使氮化碳具有更好的亲水性和增强的质子还原能力。

以上成果以Article的形式发表于ACS Nano上。Zhimin Zhai, Huihui Zhang, Fushuang Niu, Peiying Liu, Jiajia Zhang*, Hongbin Lu*. Mesoporous Carbon Nitride with π-Electron-Rich Domains and Polarizable Hydroxyls Fabricated via Solution Thermal Shock for Visible-Light Photocatalysis. 该论文的第一作者是本课题组的2019级博士生翟志敏，共同通讯作者为复旦大学高分子科学系博士后张佳佳和复旦大学高分子科学系卢红斌教授。

 论文链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c08643