NaNO3 /KNO3 共晶熔盐精准调控石墨相氮化碳结构及其协同光催化性能研究

针对g-C3 N4 光催化剂载流子复合率高、可见光响应弱等问题，研究人员创新性提出NaNO3 /KNO3 共晶熔盐低温改性策略，通过Na+ /K+ 共掺杂与氰基缺陷协同调控，显著提升光生电荷分离效率，在污染物降解和H2 制备中展现10倍活性提升，为环境友好型光催化剂设计提供新范式。

　　

论文解读
在应对能源危机与环境治理的双重挑战中，石墨相氮化碳(g-C₃
N₄
)因其2.7 eV的合适带隙和优异的化学稳定性，被视为最具潜力的光催化材料。然而，其块体结构导致的比表面积小、可见光吸收率低、光生电子-空穴复合快等固有缺陷，严重制约了实际应用。传统的高温熔盐改性虽能通过元素掺杂改善性能，但面临卤素污染、锂盐成本高、熔融温度超过g-C₃
N₄
聚合温度等技术瓶颈。如何开发低温、环保且高效的改性策略，成为突破g-C₃
N₄
性能天花板的关键科学问题。

青海大学盐湖化工工程研究中心的研究团队独辟蹊径，基于NaNO₃
/KNO₃
共晶体系223°C的超低熔点特性，首次实现340°C温和条件下g-C₃
N₄
的精准结构工程。通过相图指导的合成工艺，同步完成Na⁺
/K⁺
共掺杂与氰基缺陷构筑，获得代号CN-A-Na/K的优化催化剂。研究证实该材料在降解有机污染物和光解水制氢中活性提升10倍，且循环7次性能无衰减，相关成果发表于《Applied Surface Science》。

关键技术方法
研究采用熔盐辅助热处理结合相图调控，通过SEM/TEM观察形貌演变，UV-Vis DRS（紫外-可见漫反射光谱）和PL（光致发光光谱）分析光学性质，XPS（X射线光电子能谱）和ESR（电子自旋共振）验证电子结构修饰，瞬态光电流测试评估电荷分离效率，并通过标准化光催化实验量化性能提升。

研究结果

1. 结构表征：SEM显示CN-A-Na/K呈现纳米片褶皱结构，比表面积较块体CN提升3倍；TEM证实Na⁺
   /K⁺
   嵌入导致晶面间距从0.326 nm缩小至0.312 nm。
2. 电子调控：XPS证实K 2p和Na 1s特征峰，ESR检测到g=2.003的氰基缺陷信号，协同将可见光吸收边红移45 nm。
3. 性能验证：CN-A-Na/K对罗丹明B的降解速率常数达0.083 min^-1
   ，制氢效率为892 μmol·h^-1
   ·g^-1
   ，分别是原始g-C₃
   N₄
   的10.2倍和8.7倍。

结论与意义
该研究开创的NaNO₃
/KNO₃
共晶熔盐策略，通过"离子嵌入-缺陷构筑"双功能协同机制，突破传统改性方法的热力学限制。Qingqing Qian等提出的低温液态传质模型，不仅避免PTI（聚三嗪酰亚胺）失活相生成，更实现电子结构精准剪裁。这种"一石二鸟"的设计理念，为开发高效稳定的环境友好型光催化剂提供了普适性方案，在废水处理与清洁能源领域具有重大应用前景。