第一作者：Gang Zhou, Yun Shan, Youyou Hu, Xiaoyong Xu
通訊作者：Lizhe Liu, Xinglong Wu
通訊單位：南京大學
研究亮點：
1. 發(fā)展了一種微結構調控半金屬氮化碳材料的新策略。
2. 實現了高達1009 μmol g-1 h-1的光催化產氫速率。
水是萬物之源，自然也可作為氫氣之源。自上世紀70年代以來，利用半導體光催化劑進行光解水產氫就成為人類追逐清潔能源的重要途徑之一。近年來，不含金屬的半導體化光催化材料成為了科研工作者的新寵。
然鵝，傳統(tǒng)的半導體化材料HER效率受到明顯的限制，這主要是因為材料本質電子傳遞性能差，光生載流子復合速度快，沒有合適的人工微結構的輔助。
有鑒于此，南京大學Lizhe Liu和Xinglong Wu團隊報道了一種微結構調控的新型半金屬氮化碳納米片，實現了高效光催化產氫！
圖1. hm-C(CN)3納米片表征
研究人員首先通過DFT理論計算預測，層狀氮化碳材料[C(CN)3]具有本征半金屬性。同時，合適的能帶（2.06-2.33 eV）有利于捕獲更多的太陽能。然后，通過原位的離子液體熱裂解，研究人員將二維hm-C(CN)3納米片引入到納孔AAO膜形成的人工納米管陣列中，構建了一種微網格模式共振結構。
研究表明，半金屬特性的引入以及微結構的構建，不僅有效促進了載流子傳遞，還提供了更多活性位點。這種結構的光電耦合以及整體太陽能利用率得到大幅提升，使得HER速率達到1009 μmol g-1 h-1，是原始g-C3N4片層材料的的60多倍。
總之，這項研究發(fā)展了一種微結構調控半金屬氮化碳材料的新策略，為光催化、電催化、光電催化以及光伏電池領域操縱電子傳遞和太陽能吸收提供了良好的借鑒。
圖2. hm-C(CN)3納米片的電子結構
圖3. 微網格模式共振結構
圖4. 模擬微結構增強太陽光吸收
圖5. HER性能
圖6. HER機理分析
參考文獻：
Gang Zhou, Yun Shan, Youyou Hu, Xiaoyong Xu, Lizhe Liu, Xinglong Wu et al. Half-metallic carbon nitride nanosheets with micro grid mode resonance structure for efficient photocatalytic hydrogen evolution. Nature Communicationsvolume 2018, 3366.
