噻唑稠合石墨相氮化碳：实现多色LED发光与光催化降解性能双重突破的新型双功能材料

本文报道了一种通过噻唑环分子掺杂策略构建的π共轭扩展型石墨相氮化碳（CNNS）材料。该材料通过调控2-氨基噻唑-5-甲腈（ATC）掺杂量，实现了固态发光从蓝光（~450 nm）到橙光（~600 nm）的精准调控，其最高光致发光量子产率（PLQY）达29.16%，成功应用于高显色指数（CRI=96.3）白光LED；同时光催化降解四环素（TC）效率提升至原始g-C3N4的2.7倍，为稀土替代材料与环境修复提供了双功能解决方案。

　　

Highlight

噻唑稠合石墨相氮化碳作为双功能平台：实现多色LED与增强光降解性能

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Materials

尿素（分析纯，国药集团化学试剂，99.0%）、ATC（试剂级，上海泰坦科技股份有限公司，95.0%）、四环素（TC，分析纯，Adamas）、异丙醇（IPA，分析纯，上海泰坦科技股份有限公司）、草酸铵（(NH₄)₂C₂O₄，分析纯，上海泰坦科技股份有限公司）、对苯醌（BQ，分析纯，上海泰坦科技股份有限公司）、重铬酸钾（K₂Cr₂O₇，分析纯）以及硅树脂A/B（上海麦克林生化科技有限公司）均直接使用无需进一步纯化。实验采用365 nm GaN LED芯片作为光源。

Characterization of CNNS_x powders

CNNS_x的合成路线如Scheme 1所示。材料主体结构基于石墨相氮化碳（g-C₃N₄），在合成过程中加入ATC可使噻唑环嵌入g-C₃N₄骨架。噻唑环的引入数量与ATC用量呈正相关，更高浓度的ATC会导致更多稠合噻唑环的形成。Scheme 1示意图展示了CNNS_x可能的微观结构。所合成的CNNS_x粉末通过X射线衍射、红外光谱等表征手段证实了其晶体结构与化学组成。

Conclusion

总而言之，我们通过尿素和2-氨基噻唑-5-甲腈的一步热缩聚反应，成功制备了噻唑稠合石墨相氮化碳材料。噻唑单元的引入扩展了π共轭体系，将带隙从2.86 eV压缩至2.06 eV，实现了固态光致发光从蓝光（~460 nm）到橙光（~600 nm）的可调谐发射，最高量子产率达到29.16%。当将CNNS_x材料集成到365 nm GaN LED芯片时，可制备出多色及白光LED器件，展现出高显色指数（96.3）和稳定的CIE色坐标，在智能照明和环境修复领域具有广阔应用前景。