综述：黑暗光催化中的碳氮化物：构建、反应机制与环境应用

这篇综述系统探讨了碳氮化物（CNX）在黑暗光催化（Dark Photocatalysis）中的研究进展，重点阐述了其通过异质结构建（如与能量存储材料ESM或长余辉材料复合）和分子修饰（功能化基团引入、共轭结构及缺陷工程）赋予材料黑暗催化能力的策略，并总结了其在产氢（H2）、过氧化氢（H2O2）合成及污染物降解中的应用，为开发高效非金属光催化剂提供了新思路。

　　

引言

全球能源危机与环境问题催生了太阳能高效利用技术的革新。传统光催化依赖实时光照，而黑暗光催化（Dark Photocatalysis）通过解耦光吸收与催化反应过程，将光生电荷（e^-/h⁺）存储于能量存储材料（ESM）或缺陷位点，实现在无光条件下持续驱动反应。这一机制灵感源于自然界光合作用的卡尔文循环（Calvin Cycle），其中ATP和NADPH作为能量载体实现暗反应。碳氮化物（CN_X）因其独特的电子结构、高稳定性和可见光响应，成为非金属黑暗光催化剂的理想候选。

材料设计与构建

异质结优化：CN_X与ESM（如WO₃）或长余辉材料复合可形成电子“暂存库”。例如，TiO₂-WO₃复合物通过WO₃的氧化还原位点存储电子，黑暗条件下释放以驱动反应。
分子修饰：引入氰胺基团或构建共轭结构可增强CN_X的电子存储能力。Lotsch团队通过氰胺功能化修饰C₃N₄，生成蓝色自由基实现电子存储，突破传统金属基材料的局限。

应用领域

产氢与H₂O₂合成：CN_X/ESM异质结在光照阶段积累电子，黑暗时触发水分解产氢或O₂还原生成H₂O₂，效率较传统光催化提升40%。
环境修复：CN_X基催化剂通过存储的电子持续降解有机污染物，如将·O₂^-和·OH自由基的氧化能力延长至无光环境，解决间歇性光照限制。

挑战与展望

当前CN_X黑暗光催化仍面临电子存储容量有限、界面电荷传输效率低等问题。未来需通过跨尺度调控（如原子级掺杂与宏观结构设计）优化材料性能，并探索其在全天气候环境治理与能源生产中的规模化应用。