【背景介绍】
可见光光解水生产氢气是一种可持续获取氢能的有效方法。通常情况下，人们首先考虑的是无机半导体材料作为光催化剂用于析氢反应，但是，这类光催化剂通常具有较宽的带隙、较低的太阳光利用率以及对环境有较大的污染，这些都严重地限制了它们的光催化应用。在2009年，王心晨课题组首次报道了类石墨相氮化碳(g-C3N4)半导体材料用于可见光催化析氢反应(Nature Materials, 2009, 8, 76-80)，这类光催化剂显示出许多独特且吸引人的优点，主要包括较窄的带隙(~ 2.7 eV)、较强的可见光响应、独特的电子能带结构、优异的热和化学稳定性、易于制备和功能化等，这些特征保证了它在可见光催化析氢反应领域呈现巨大的应用潜力。关于g-C3N4光催化剂的研究，主要集中在合理的设计和开发新型的g-C3N4光催化剂，使之具有增强的光催化性能，并且充分利用g-C3N4独特的特征，有效地提高可见光利用效率。主要通过设计纳米结构的g-C3N4（例如，薄的、高度结晶的、掺杂的、和含孔的g-C3N4）和g-C3N4复合材料（例如，金属/g-C3N4，半导体/g-C3N4，MOFs/g-C3N4，碳材料/g-C3N4，导电聚合物/g-C3N4，敏化剂/g-C3N4等）来实现对光催化性能的提升。
【成果简介】
最近，中山大学高海洋教授、西安交通大学杨冠军教授以及加拿大不列颠哥伦比亚大学方百增教授合作在国际材料科学领域顶尖期刊Energy & Environmental Science (IF = 33.25)发表题为“Semiconductor polymeric graphitic carbon nitride photocatalysts: the ‘‘holy grail’’ for the photocatalytic hydrogen evolution reaction under visible light”的论文。该论文重点关注怎么有效地提高g-C3N4的光催化性能和可见光利用效率，同时也聚焦于怎样降低成本，从而实现工业化应用。具体来说，本论文首先简要地介绍了g-C3N4的发展历史、合成方法、电子结构和物化性能；然后详细说明了一系列的本征态g-C3N4（例如，薄的、高度结晶的、掺杂的、和含孔的g-C3N4）用于可见光催化析氢反应；其次，也具体介绍了一系列的g-C3N4复合材料（例如，金属/g-C3N4，半导体/g-C3N4，MOFs/g-C3N4，碳材料/g-C3N4，导电聚合物/g-C3N4，敏化剂/g-C3N4等）用于可见光催化析氢反应；最后，本论文通过系统的总结g-C3N4光催化剂的文献，提供了一些新的关于这个领域的观点和看法。这篇综述将指导和帮助科研工作者们去不断改善技术，开发新型的g-C3N4光催化剂，逐步地迎合工业生产要求。
