综述：新兴的基于g-C3N4的压电光催化技术

《Science China-Materials》：Emerging g-C3N4-based piezo-photocatalysis

g-C3N4基压光电催化材料通过协同光能和机械能展现能源转换与污染治理潜力，但其弱压电响应、低频机械响应差、载流子复合快及机械稳定性不足制约应用。本文系统总结异质结构建、形貌工程、元素掺杂等改性策略，揭示其对增强内电场和促进电荷分离的作用，并探讨其在H2生成、H2O2制备、有机污染物降解及CO2还原中的最新进展，指出机理阐释与性能提升仍是核心挑战。

　　

摘要

基于g-C₃N₄的压电光催化技术作为一种有前景的平台，通过压电效应实现了光能与机械能的协同转换，在能量转化和环境修复方面展现出巨大潜力。然而，原始的g-C₃N₄存在一些固有的局限性，包括压电响应较弱、对低频机械刺激的响应不佳、光生载流子快速复合以及机械稳定性不足，这些因素阻碍了其实际应用。为了解决这些问题，人们开发了多种改性策略来提升g-C₃N₄的压电光催化性能。本文系统总结了近年来基于g-C₃N₄的压电光催化领域的进展。首先详细讨论了g-C₃N₄的晶体结构和光电性质，并结合了理论计算和原位表征的结果。随后介绍了主要的改性方法，如异质结构建、形貌工程和元素掺杂，强调了这些方法在增强内部电场和促进电荷分离中的作用。此外，本文还重点介绍了基于g-C₃N₄的压电光催化技术在新兴应用中的最新进展，包括氢气生成（H₂产生）、过氧化氢（H₂O₂生成）、有机污染物降解以及二氧化碳（CO₂光还原）。尽管已经取得了一些显著成果，但在阐明相关机制和克服性能瓶颈方面仍存在挑战。本文旨在为基于g-C₃N₄的压电光催化系统的合理设计提供有价值的指导，并加速其在可持续能源和环境技术中的应用。