第一作者：权永康、李瑞东
通讯作者：黄剑莹、赖跃坤
DOI：10.1002/adfm.75360
本文亮点
本文采用精准构筑电子陷阱的策略，设计并开发了一种C、K共掺杂且兼具−C≡N功能化修饰的氮化碳材料（KCCNV）。电子陷阱调控了氮化碳的局部化学环境，加速其表面光生载流子的分离与传输效率，以及增强对O2的吸附能力，极大提升了光催化产H2O2的活性与选择性。
前言
2026年4月，Advanced Functional Materials杂志在线发表了福州大学赖跃坤教授团队在氮化碳光催化领域的最新研究成果。该工作报道了从电子结构和偶极矩的角度设计局域非对称氮化碳，为未来利用太阳能驱动合成H2O2及其实际应用提供了有价值的见解。
论文第一作者为：权永康、李瑞东，论文共同通讯作者为：黄剑莹。
背景介绍
开发人工光合成制备双氧水（H2O2）在能源转换和环境修复等领域具有实际应用价值。然而，实现光催化剂电子结构的精确调控，并诱导光生电荷发生定向迁移，仍然是该领域面临的核心挑战之一。在此，我们通过精确构建电子陷阱（−C≡N），形成了新的局部富电子区域，能够有效地捕获光生电子并诱导定向载流子迁移，从而显著抑制光生电子-空穴对的非辐射复合，从而极大提升了H2O2光合成效率。此外，在现场构建了一个使用H2O2的芬顿反应系统，以实现对有机废水的高效矿化处理。
本文所用设备
图表解析
图1.材料合成和基础表征
通过水热和热聚合两步法成功制备了目标催化剂KCCNV。x射线衍射（XRD）揭示了样品的晶体结构变化，固态13C核磁共振谱证实了C原子成功掺杂以及高温熔盐作用导致CCN结KCCNV形成了具有富电子效应的-C≡N。傅里叶红外（FTIR）光谱研究了CN，CCN，KCCNV的化学结构变化，EPR检测了结构中的未配对电子情况。此外，利用SEM和元素mapping对所有光催化剂的微观结构进行了观察。
图2.光催化性能测试
使用10 W LED光源（λ ≥ 420 nm）模拟太阳光，以10 vol.%的EtOH作为牺牲试剂的光催化体系中考察了所制备光催化剂生产H2O2的能力。KCCNV在连续4个循环中H2O2生成速率基本保持不变，说明KCCNV具有良好的可重复使用性和稳定的光催化生产能力。此外，收集光催化合成的H2O2溶液构建芬顿反应体系，对水体污染物进行了现场应用，EB降解率达到98%。
图3.光电化学分析
采用UV-vis漫反射光谱（UV-vis DRS）分析了光催化剂的光吸收特性。CN在200-476 nm范围内表现出本征光吸收，这是由氮化碳结构中芳香族C−N杂环的π-π*电子跃迁所致。引入C原子后，CCN的吸收边发生了红移，对可见光区（480-800 nm）的光捕获能力显著增强。K+、N缺陷和-C≡N的引入使得KCCNV在200-800 nm范围内的捕光性能得到了进一步改善。为了揭示光催化性能提升的内在机制，通过稳态光致发光（PL）和时间分辨光致发光（TR-PL）探究了CN，CCN，KCCNV的光致电荷分离和迁移效率。利用时间依赖密度泛函理论（TD-DFT）计算进一步分析了光催化剂在激发后电子空穴的空间分布。
图4.光催化机理
具有可调节电子陷阱的局部化非对称KCCNV能够有效地捕获光生电子，并诱导载流子定向迁移，显著抑制光生电子-空穴对的非辐射复合。这些电子陷阱（氰基，−C≡N）增强了氧气的吸附能力，加快了双电子氧还原反应的动力学过程，从而极大地提高了KCCNV在光催化合成H2O2方面的活性和选择性。
全文小结
本工作依据原子电负性原理和DFT计算，定制电子陷阱的局域不对称结构,诱导光生电荷实现定向迁移，应用于光催化H2O2的高效合成。KCCNV光催化生产H2O2的速率(O2氛围下)达到令人兴奋的6120.1 μmol h⁻¹ g⁻¹，远优于原始氮化碳（CN）及目前已报道的绝大多数氮化碳基光催化材料。此外，通过构建芬顿反应就地利用了光催化生成的H2O2，实现对有机污染物实现了的高效、快速降解，为高效太阳能转换与环境修复用光催化剂的设计提供了独特见解。
作者介绍
课题组链接:https://yklai.fzu.edu.cn/
文献信息
Yongkang Quan, Ruidong Li, Yunfei Yang, Rongxing Chen, Xinhuang Lin, Jianying Huang*, Yun Hau Ng, Yuekun Lai*, Localized Asymmetric Carbon Nitride with Tailored Electronic Traps: Modulating Charge Kinetics to Promote Efficient Light‐Driven H2O2 Production. Advanced Functional Materials, 2026, e75360.
https://doi.org/10.1002/adfm.75360
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