Page 53 - 《精细化工》2021年第11期

第 38 卷第 11 期 精 细 化 工 Vol.38, No.11
2021 年 11 月 FINE CHEMICALS Nov. 2021

综论
g-C N 在光催化制氢领域的研究进展：
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如何促进光吸收和载流子的分离传输

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王立志，陕绍云 ，支云飞 ，苏红莹，胡天丁，蒋丽红
（昆明理工大学 化学工程学院，云南 昆明 650504）

摘要：光催化分解水是一种制取 H 2 的有效途径。石墨碳氮化物（g-C 3 N 4 ）具有成本低、反应稳定以及尺寸、厚
度、结构、形貌等可控的优点，已引起广泛关注。但 g-C 3 N 4 目前在光催化领域主要存在两个局限：g-C 3 N 4 不能
有效地吸收光来产生足够多的光生电子-空穴对；g-C 3 N 4 不能有效地运输及分离光生电子-空穴对，以至于电子
与空穴的复合率较高。首先，介绍了增加 g-C 3 N 4 的可见光吸收途径，重点综述了 g-C 3 N 4 微观形貌、非金属元素
掺杂 g-C 3 N 4 、金属元素复合 g-C 3 N 4 在光催化制氢上的应用；接着，总结了原子掺杂 g-C 3 N 4 、半导体复合 g-C 3 N 4 、
新型材料掺杂 g-C 3 N 4 在增强 g-C 3 N 4 的电荷运输、分离方面的研究进展；最后，指出了 g-C 3 N 4 未来的研究方向。
关键词：光催化；石墨碳氮化物；制氢；光吸收；电荷运输；电荷分离
中图分类号：TQ116.2；O643.36；O644.1 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2021) 11-2199-09

Research progress of g-C 3N 4 in photocatalytic hydrogen production:

How to promote light absorption and carrier separation transport

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WANG Lizhi, SHAN Shaoyun , ZHI Yunfei , SU Hongying, HU Tianding, JIANG Lihong
（College of Chemical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650504, Yunnan, China）

Abstract: Photocatalytic decomposition of water is an effective way to produce H 2. Graphite carbonitride
(g-C 3N 4) has been attracted much attention because of its low cost, stable reaction and controllable size,
thickness, structure and morphology. However, there are two main limitations of g-C 3N 4 in the field of
photocatalysis: On the one hand, g-C 3N 4 cannot effectively absorb light to generate enough photogenerated
electron-hole pairs; On the other hand, g-C 3N 4 cannot effectively transport and separate photogenerated
electron-hole pairs, resulting in a high rate of electron-hole recombination. Firstly, the ways to increase the
visible light absorption of g-C 3N 4 are introduced. The applications of g-C 3N 4, g-C 3N 4 doped by non-metallic
elements and g-C 3N 4 composite by metallic elements in photocatalytic hydrogen production are mainly
reviewed. Then, the research progress of atom-doped g-C 3N 4, semiconductor composite g-C 3N 4 and new
material doped g-C 3N 4 in enhancing the charge transport and separation of g-C 3N 4 is summarized. Finally,
the future research direction of g-C 3N 4 is pointed out.
Key words: photocatalysis; graphite carbonitride; hydrogen production; light absorption; charge chansport;
charge separation

随着工业的发展，化石燃料的需求量日益增大， 题，受到大量研究者的关注。目前 H 2 被广泛应用于
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燃料供给也变得捉襟见肘 。H 2 作为一种清洁无污 冶金工业 和食品加工工业 ，并且在燃料电池工业 [4]
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染的燃料，因其燃烧的热值很高，且燃烧后的产物 和航空航天领域 具有广阔的发展前景。
只有水，可以用于改善当前的能源问题以及环境问 常见的制氢方式有化石燃料制氢、工业副产物

收稿日期：2021-04-21; 定用日期：2021-07-27; DOI: 10.13550/j.jxhg.20210418
基金项目：国家自然科学基金（21766016）；云南省“万人计划”基金（YNWR-QNBJ-2018-198）；昆明市科学技术局科技计划基金
（2019-1-G-25318000003480）；倪永浩院士工作站（2019IC002）
作者简介：王立志（1996—），男，硕士生，E-mail：934555780@qq.com。联系人：陕绍云（1978—），女，教授，E-mail：shansy411@163.com；
支云飞（1989—），男，副教授，E-mail：zyf891123@163.com。