综述：g-C3N5基S型异质结光催化剂的研究进展：从设计到应用

这篇综述系统阐述了氮化碳新材料g-C3N5在构建S型异质结（S-scheme）光催化剂中的突破性进展。通过对比传统g-C3N4，重点解析了其窄带隙（~2.1-2.4 eV）、增强载流子迁移率和内置电场等特性在光催化制氢（HER）、CO2还原及污染物降解中的应用机制，为开发高效太阳能转化系统提供了新思路。

　　

光催化基础原理

光催化是利用光能驱动化学反应的过程，核心在于半导体材料吸收光子后产生电子（e^-）-空穴（h⁺）对。传统光催化剂如TiO₂、g-C₃N₄虽广泛应用，但面临光吸收范围窄和载流子复合快的瓶颈。

S型异质结的革新性

相较于I型/II型异质结，S型异质结通过独特的能带弯曲（Band Bending）和内置电场，在保留强氧化还原能力的同时实现高效电荷分离。以g-C₃N₅为基底的S型体系（如g-C₃N₅/Bi₂WO₆）表现出显著增强的可见光响应，其导带（CB）位置更负，利于CO₂还原为CH₄等碳氢燃料。

材料合成策略

通过维度组装法构建的g-C₃N₅异质结呈现多样化形貌：零维量子点复合体提升比表面积，二维纳米片结构加速电荷传输，三维多孔网络增强光捕获效率。X射线光电子能谱（XPS）证实界面处电子密度重分布，验证了S型电荷转移路径。

环境与能源应用

在污染物降解方面，g-C₃N₅/Ag₂O体系对双酚A（BPA）的降解效率达传统催化剂的3.2倍；制氢反应中，与ZnS耦合的CN5Z异质结产氢速率提升至8.7 mmol·g^-1·h^-1。CO₂光还原实验显示，BiOBr修饰的CNBOB体系选择性生成CH₃OH的效率提高40%。

挑战与展望

当前研究仍面临大规模制备重复性差、机理表征技术局限等问题。未来需开发原位表征手段如瞬态吸收光谱（TAS），并探索机器学习辅助的催化剂设计，以推动该技术向工业化迈进。