张志军、杨雪纯，JMCA观点：N修饰碳点诱导g-C3N4自组装成3D气凝胶增强光催化产氢性能- 大数跨境

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张志军、杨雪纯，JMCA观点：N修饰碳点诱导g-C3N4自组装成3D气凝胶增强光催化产氢性能

科学材料站

2021-09-15

导读：该文章报道了由正电性碳点引发的g-C3N4纳米片静电自组装成3D气凝胶的合成策略，并证实了气凝胶优异的产氢性能。

文章信息

N修饰碳点诱导g-C3N4自组装成3D气凝胶增强光催化产氢性能

第一作者：蒲小龙

通讯作者：张志军*，杨雪纯*

单位：上海大学

研究背景

光催化产氢被认为是一种清洁高效的制氢手段。其中气凝胶具有大的比表面积，多孔开放的骨架能提供更多的活性位点，在诸多光催化剂中独具优势。然而，构建气凝胶常需要粘结剂的参与，有的粘结剂甚至有毒有害。因此，寻找一种更便捷高效的策略，构建清洁无污染的多孔气凝胶用于光催化产氢，是一件很有意义的工作。

本文利用静电自组装使负电性的g-C3N4与正电性的碳点复合形成气凝胶，操作简便，绿色环保，性能优异，为新型高效气凝胶光催化剂的开发提供了方向。

文章简介

在这里，来自上海大学的张志军教授等人在国际知名期刊JMCA上发表题为“Self-assembly of g-C3N4-based 3D aerogel induced by N-modified carbon dots for enhanced photocatalytic hydrogen production”的文章。该文章报道了由正电性碳点引发的g-C3N4纳米片静电自组装成3D气凝胶的合成策略，并证实了气凝胶优异的产氢性能。

图1. 3D气凝胶合成示意图以及实物图。

文章要点

要点一：正电性碳点和负电性g-C3N4纳米片的合成

两步法制备正电性碳点：前驱体为葡萄糖，水热合成碳点原核，PEI作为表面修饰剂，二次处理碳点原核，使其带有正电荷。同时PEI的长链结构具有一定的支撑作用，为后续气凝胶的构建提供一部分骨架。负电性g-C3N4纳米片：通过多次热烧结，将块体g-C3N4剥离为纳米薄片。再使用细胞破碎仪进一步裁剪剥离，使其具有良好的水溶性。

要点二：3D气凝胶的构建

正电性的碳点和负电性的g-C3N4纳米片通过静电自组装形成具有多孔结构的，超大比表面积的气凝胶。碳点的参与拓宽了g-C3N4的光谱响应范围，降低了g-C3N4的电子-空穴复合率，形成的 3D气凝胶结构增加了产氢的活性位点，避免了g-C3N4纳米片的紧密堆叠。

要点三：3D气凝胶高效的产氢性能

3D气凝胶的产氢性能高达13499 μmol h -1 g -1，不论是全光谱下的产氢实验还是添加了400 nm滤光片下的产氢实验，气凝胶的性能都可与诸多优秀的报道相媲美。

要点四：前瞻

静电自组装的设计思路，便捷环保的操作过程，高效的光催化性能，都证明了本文报道的气凝胶的显著优势，也为新型光催化的设计与开发提供了借鉴。

文章链接

Self-assembly of g-C3N4-based 3D aerogel induced by N-modified carbon dots for enhanced photocatalytic hydrogen production

通讯作者简介

张志军教授。

中科院上海硅酸盐研究所博士毕业，师从赵景泰教授。曾在荷兰Eindhoven理工大学学习研究。博士后在荷兰Eindhoven理工大学进行用于太阳能电池和白光LED的光谱转换材料研究。作为骨干研究人员参加国家863、973、国家自然科学基金重点项目、国家杰出青年科学基金以及上海市重大项目等科研项目。主要研究包括用于高能物理、核医学探测、激光照明和激光显示、无源化照明和应力无损检测的(光、力)致发光材料的组成设计、晶体结构解析、可控制备与能量转换性能研究，以及相关器件（单晶、薄膜、陶瓷、玻璃）的应用基础研究。在Chem. Mater、ACS Appl. Mater. Inter、Phys. Rev. B、Inorg. Chem等期刊发表论文100余篇，他引1600余次。申请国家发明专利17项，授权12项。

课题组招聘

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